CN105970837A - T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种T型梁的无粘结预应力与钢板‑混凝土组合加固设计方法，包括步骤：一、组合加固构造确定：对所加固T型梁的无粘结预应力与钢板‑混凝土组合加固构造进行确定；该组合加固构造包括由底钢板、两个纵向侧钢板和两个端部封堵钢板组成的钢套箱，钢套箱内设置有多根无粘结预应力钢筋；二、加固前T型梁结构参数确定；三、组合加固构造结构参数确定，过程如下：参数初始化、加固钢板理论最大厚度计算、加固钢板厚度与混凝土厚度确定和纵向侧钢板高度与底钢板宽度确定。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速确定桥梁组合加固结构的结构参数，所设计桥梁组合加固结构经济实用且加固效果好。

Description

T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法

技术领域

本发明属于桥梁加固技术领域，尤其是涉及一种T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法。

背景技术

据2007年调查显示，我国共有桥梁57万余座，其中危桥98600余座，占17％左右，而且每年亦有大量公路桥梁由于设计等级较低、交通量不断增大或受各种因素的影响出现了各种病害与灾害损伤,导致承载能力下降，不能满足交通运输的需要。对这些桥梁结构进行维修和加固已迫在眉睫，因此，桥梁维修、加固及改造技术研究已成为桥梁科技发展的重要方向。目前，桥梁上部结构加固主要采用粘贴钢板和粘贴碳纤维布等方法，加固应用过程中上述两种方法对桥梁承载能力和刚度的提高效果不明显，粘胶性能和质量对加固效果和结构耐久性影响较大，并且粘贴钢板结构在动荷载作用下易发生剥离脱空，抗疲劳性能不甚理想。

另外，当桥梁上部结构的跨中截面下缘不允许出现拉应力或所受拉应力超限时，往往需要进行预应力加固，常见的预应力加固措施为体外预应力混凝土加固法，该加固方法的施工过程如下：先在梁侧面或底面植入带肋钢筋，再在植筋上绑扎钢筋网，之后定位预应力钢筋，并浇筑混凝土(或布设锚固块及转向块)，待所浇筑混凝土达到设计强度后张拉预应力筋，预应力筋的布置形式为直线形型或折线形。上述体外预应力混凝土加固法虽可在一定程度上起到预应力加固的作用，但存在以下不足之处：第一、需在梁侧或梁底新增一层厚度约为20cm～50cm的混凝土，桥梁自重增加程度较大，且外观不规整，影响美观；第二、预应力筋裸露在空气中，需定期采取措施防止预应力筋锈蚀，养护困难，后期养护费用高；第三、新增预应力筋的动力性能较差，需安装减震装置以减小预应力筋与结构的共振效应；第四、根据结构受力及构造特点需将预应力筋弯起锚固，弯起定位主要靠转向块来实现，转向块及锚固块处应力较为集中；转向块一旦松动或滑移，将产生极大的预应力损失甚至预应力失效；第五、对原结构的刚度贡献非常有限。综上，现有的箱梁预应力加固方法存在加固结构外观不规整、预应力筋维护困难、费用高、新增预应力筋动力性能较差、易失效等问题。

随着材料科学的发展，新型、实用的加固改造技术不断出现，但还未能适应交通基础设施养管技术进步的迫切需求。近年来，钢板-混凝土组合加固方法逐渐受到重视，该组合加固方法运用钢板与混凝土两种材料，综合钢板与混凝土两种材料的优势，并且将预应力加固与钢板-混凝土组合加固方法结合后，能有效提高桥梁承载力与结构刚度。但采用预应力加固与钢板-混凝土组合加固方法对桥梁进行加固时，组合加固结构的结构设计至关重要，加固结构设计是否合理直接影响桥梁加固成本和加固效果，不仅投入成本高，经济性差，并且导致加固后桥梁受力不合理、力学性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速确定桥梁组合加固结构的结构参数，所设计桥梁组合加固结构经济实用且加固效果好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤一、组合加固构造确定：对所加固T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造进行确定；所加固T型梁为钢筋混凝土梁；

所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造包括布设在所加固T型梁的需加固区下方的底钢板、两个分别布设在所述需加固区左右两侧的纵向侧钢板和两个分别布设在所述需加固区前后两端的端部封堵钢板，所述底钢板和两个所述纵向侧钢板均呈纵桥向布设，所述底钢板和纵向侧钢板均为平直钢板且二者的纵向长度均与所述需加固区的长度相同；两个所述端部封堵钢板均呈横桥向布设；所加固T型梁呈水平布设且其包括一个呈水平布设的翼板和一个位于所述翼板正下方的腹板，所述腹板呈竖直向布设；所述底钢板呈水平布设，两个所述纵向侧钢板均呈竖直向布设且二者对称布设在底钢板左右两侧上方，两个所述端部封堵钢板连接于两个所述纵向侧钢板的前后两端之间，所述底钢板、两个所述纵向侧钢板和两个所述端部封堵钢板组成一个由下至上套装在所加固T型梁的腹板下部的钢套箱，所述钢套箱内设置有多根无粘结预应力钢筋，且所述钢套箱内浇筑有混凝土结构；所述混凝土结构分为位于所述腹板下方的底部混凝土结构和左右两个分别位于所述腹板左右两侧的侧部混凝土结构，两个所述侧部混凝土结构呈左右对称布设且二者的厚度均与所述底部混凝土结构的厚度相同，所述底钢板和两个所述纵向侧钢板的厚度均相同且三者的材质均相同；多根所述无粘结预应力钢筋均布设在同一水平面上且其均位于所述底部混凝土结构的内侧中部，多根所述无粘结预应力钢筋的直径和长度均相同且其呈均匀布设；

步骤二、加固前T型梁结构参数确定：对所加固T型梁的结构参数进行确定；

所确定的所加固T型梁的结构参数包括所加固T型梁内所设置纵向受压钢筋的截面面积A_sy′、纵向受压钢筋的抗压强度设计值f_sy′、所加固T型梁内所设置纵向受拉钢筋的截面面积A_sy、纵向受拉钢筋的抗拉强度设计值f_sy、所加固T型梁内受压区纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离a_s′、所加固T型梁内所设置纵向受拉钢筋的重心与所述腹板底部的距离a₀、所述翼板的宽度b_f′、所述翼板的厚度h_f′、所述腹板的宽度b′以及所加固T型梁的梁高h₁和截面有效高度h₀₁，h₁为所述翼板与所述腹板的高度之和，h₀₁为所加固T型梁内受拉区纵向非预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离，其中A_sy′和A_sy的单位均为mm²，f_sy′和f_sy的单位均为MPa，a_s′、a₀、b_f′、h_f′、b′、h₁和h₀₁的单位均为mm；

所述纵向受压钢筋位于所述翼板内，所述纵向受拉钢筋位于所述腹板内，所述纵向受压钢筋和纵向受拉钢筋均为非预应力钢筋，且所加固T型梁的中性轴从所述腹板内穿过；

步骤三、组合加固构造结构参数确定：根据步骤二中确定的所加固T型梁的结构参数，采用数据处理设备对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定；

所确定的所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数包括t_sp、h_spw、t_hn和b，其中t_sp为底钢板或纵向侧钢板的厚度，h_spw为纵向侧钢板的高度，t_hn为所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的厚度，b为底钢板的宽度；

对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定时，过程如下：

步骤301、参数初始化：采用与所述数据处理设备相接的参数输入单元，输入步骤二中确定的所加固T型梁的结构参数，并对t_sp、b、h_spw和t_hn的初始值分别进行设定；其中，t_sp＝t_spm且t_spm＝5mm～7mm，t_hn＝t_hnm且t_hnm＝70mm～90mm；b＝b′+2t_sp+2t_hn (1)；h_spw＝c₀×h(2)，其中c₀＝0.15～0.4，h为加固后梁体的高度且h＝h₁+t_hn+t_sp (3)；所述加固后梁体为采用所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造对所加固T型梁进行加固后的梁体；

步骤302、加固钢板理论最大厚度计算：所述数据处理设备根据公式t_spmax＝min(t_sp1,t_sp2,t_sp3) (4)，计算得出加固钢板理论最大厚度t_spmax；

公式(4)中，

$t_{sp2}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c({b_f}^{\′}-b^{\′}){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_2{h}_{01}\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-f_{sy}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp1}b+2E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{spw2}{h}_{spw}}---(4-2);$

$t_{sp3}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c({b_f}^{\′}-b^{\′}){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_3(h-t_{sp}-\frac{h_{spw}}{2})\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-E_{sy}{\mathrm{\ϵ}}_{s2}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp2}b+2f_{spy}{h}_{spw}}---(4-3);$

公式(4-1)、公式(4-2)和(4-3)中，α₁为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，f_c为所加固T型梁的混凝土轴心抗压强度设计值且其单位为MPa，β为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图受压区高度与中性轴高度的比值且β＝0.8；E_sy为所加固T型梁内所设置纵向受拉钢筋的弹性模量且其单位为MPa；E_sp为底钢板或纵向侧钢板的弹性模量且其单位为MPa；

公式(4-1)中，其中ε_spy为底钢板或纵向侧钢板的屈服应变，ε_cu为所加固T型梁的受压区混凝土极限压应变，ε_i1为考虑二次受力影响时底钢板的滞后应变；x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；

对ε_spw1进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw10；再判断ε_spw10是否大于当时，否则，ε_spw1＝ε_spw10；其中或h'＝h；ε_i2为考虑二次受力影响时纵向侧钢板的滞后应变；

对ε_s1进行计算时，先根据公式计算得出ε_s10；再判断ε_s10是否大于当时，否则，ε_s1＝ε_s10；

公式(4-2)中，其中ε_sy为纵向受拉钢筋(6-2)的屈服应变；

对ε_sp1进行计算时，先根据公式计算得出ε_sp10；再判断ε_sp10是否大于当时，否则，ε_sp1＝ε_sp10；

对ε_spw2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw20；再判断ε_spw20是否大于当时，否则，ε_spw2＝ε_spw20；

公式(4-3)中，

对ε_sp2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_sp20；再判断ε_sp20是否大于当时，否则，ε_sp2＝ε_sp20；

对ε_s2进行计算时，先根据公式(4-32)，计算得出ε_s20；再判断ε_s20是否大于当时，否则，ε_s2＝ε_s20；

步骤303、加固钢板厚度与混凝土厚度确定：采用所述数据处理设备对t_sp和t_hn分别进行确定，过程如下：

步骤3031、超筋判断：判断步骤302中计算得出的加固钢板理论最大厚度t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，并进入步骤3032；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3032、参数增大调整，包括以下步骤：

步骤30321、混凝土厚度增大调整及混凝土厚度超限判断：将t_hn增大Δt_hn，并对增大后的t_hn进行混凝土厚度超限判断：当增大后的t_hn＞t_hnM时，判断为混凝土厚度超限，将增大后的t_hn减小Δt_hn，并进入步骤30322；否则，当增大后的t_hn≤t_hnM时，判断为混凝土厚度未超限，并进入步骤30323；

其中，Δt_hn＝15mm～25mm；t_hnM为预先设定的所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的最大厚度；

步骤30322、加固钢板厚度增大调整：将t_sp增大Δt_sp，并进入步骤30323；其中，Δt_sp＝1mm～3mm；

步骤30323、加固钢板理论最大厚度计算及超筋判断：按照步骤302中所述的方法，计算得出此时加固钢板理论最大厚度t_spmax，并判断t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，返回步骤30321；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3033、抗弯承载力验证：调用抗弯承载力计算模块且根据公式 对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u＜M_u′时，返回步骤3032；否则，当M_u≥M_u′时，完成混凝土厚度和加固钢板厚度确定过程并输出t_hn和t_sp，再进入步骤304；

公式(5)中，x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；f_spy为底钢板或纵向侧钢板的钢板抗拉强度设计值，A_sp为底钢板的横截面积且A_sp＝b·t_sp，A_spw为纵向侧钢板的横截面积且A_spw＝t_sp·h_spw；σ_p为预先确定的无粘结预应力钢筋的张拉控制应力值，A_p为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋的截面面积；a为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋的重心与所加固T型梁内所设置纵向受拉钢筋的重心之间的距离且

其中，f_spy和σ_p的单位均为MPa，b、x和a的单位均为mm，A_sp、A_spw和A_p的单位均为mm²；

步骤304、纵向侧钢板高度与底钢板宽度确定：结合步骤303中输出的t_sp和t_hn，所述数据处理设备根据公式(1)计算得出底钢板的宽度b并输出b；同时，所述数据处理设备先根据公式(3)计算得出所述加固后梁体的高度h，再根据公式(2)计算得出纵向侧钢板的高度h_spw并输出h_spw。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤3033中进行抗弯承载力验证之前，先对所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋的数量n进行确定；

对无粘结预应力钢筋的数量n进行确定时，过程如下：

步骤3033-1、参数初始化：采用所述参数输入单元对n的初始值进行设定，且n＝2；

步骤3033-2、截面弯矩验证：根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，进入步骤3033-3；

其中k为所加固T型梁(3)的弯矩系数，q为所加固T型梁(3)的梁体截面因增加所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造产生的线荷载，l为所加固T型梁(3)的计算跨径；

步骤3033-3、预应力钢筋数量增大调整：将此时无粘结预应力钢筋的数量n加1；

步骤3033-4、截面弯矩验证：步骤3033-3中预应力钢筋数量增大调整后，根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，返回步骤3033-3。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤304中根据公式(2)对纵向侧钢板的高度h_spw进行计算时，计算得出h_spw＝0.4h；

步骤304中对h_spw输出之前，还需调用纵向侧钢板高度调整模块对纵向侧钢板的高度h_spw进行优化调整，过程如下：

步骤3041、纵向侧钢板高度减小调整：将h_spw减小Δh_spw；其中，Δh_spw＝45mm～55mm；

步骤3042、纵向侧钢板高度阈值判断：步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后，对h_spw的大小进行判断：当h_spw＜0.15h或h_spw＜350mm时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw；否则，进入步骤3043；

步骤3043、抗弯承载力验证：调用所述抗弯承载力计算模块，且根据公式(5)对步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u≥M_u′时，返回步骤3041；否则，当M_u＜M_u′时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤30321中进行混凝土厚度增大调整时，所述数据处理设备调用数值增大调整模块使t_hn＝t_hn+Δt_hn；

步骤30322中进行加固钢板厚度增大调整时，所述数据处理设备调用所述数值增大调整模块使t_sp＝t_sp+Δt_sp；

步骤3041中进行纵向侧钢板高度减小调整时，所述数据处理设备调用所述数值减小调整模块使h_spw＝h_spw-Δh_spw；

步骤3042和步骤3043中将h_spw增大Δh_spw时，所述数据处理设备均调用所述数值增大调整模块使h_spw＝h_spw+Δh_spw。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤3033中根据公式(5)对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算之前，先根据步骤二中确定的所加固T型梁的结构参数以及此时n、t_sp、b、h_spw和t_hn的数值，对此时所述加固后梁体的中性轴的位置进行确定，并根据所述加固后梁体的中性轴的位置对此时所述加固后梁体的混凝土受压区高度x进行确定，其中n所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋的数量。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤301中所述的t_spm＝6mm，t_hnm＝80mm。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤二中所加固T型梁内所设置纵向受压钢筋均位于同一水平面上且a_s′为纵向受压钢筋与所述翼板顶面之间的竖向距离，所加固T型梁内所设置纵向受拉钢筋均位于同一水平面上且h₀₁为纵向受拉钢筋与所述翼板顶面之间的竖向距离；所述纵向受压钢筋和纵向受拉钢筋分别位于所加固T型梁的中性轴上下两侧；

所述纵向受压钢筋的数量为n₁道且其均位于所述翼板内，n₁道所述纵向受压钢筋均位于同一水平面上；A_sy′为n₁道所述纵向受压钢筋的横截面面积之和；其中，n₁为正整数；

所述纵向受拉钢筋的数量为n₂道且其均位于所述腹板内，n₂道所述纵向受拉钢筋均位于同一水平面上；A_sy为n₂道所述纵向受拉钢筋的横截面面积之和；其中，n₂为正整数。

上述T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征是：步骤301中所述的c₀＝0.25。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且实现方便，投入成本较低。

2、数据处理速度快且自动化程度高，采用数据处理设备能在十几分钟，甚至几分钟内计算得出无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数，包括t_sp、h_spw、t_hn和b。

3、各参数的确定方法简单、设计合理且所确定的参数值合理，并且参数确定过程与承载力验证相结合，所确定组合加固构造的结构参数在保证加固后梁体的抗弯承载力满足设计需求的同时，能确保加固后梁体的破坏形式为适筋状态，不会出现超筋的可能。

采用本发明确定组合加固构造的结构参数能有效解决底钢板和纵向侧钢板的利用系数问题，一般情况下容易保证底钢板的利用系数为1，侧钢板的利用系数不一定为1，即侧钢板没有被充分利用，则该加固构造的破坏形态为超筋破坏，虽然抗弯承载力也能满足使用要求。为保证上述满足加固需求抗弯承载力时，底钢板和侧面钢板的利用系数均为1，即加固后梁体的破坏形态为适筋破坏，需本发明所采用加固构造所选取的混凝土加固厚度、加固高度(即侧钢板高度)、加固钢板理论最大厚度t_spmax等参数分别进行限定。采用本发明进行加固参数确定时，最终确定的混凝土厚度t_hn在t_hnm～t_hnM之间，最终确定的加固钢板厚度t_sp在t_spm～t_spmax之间。

4、采用由初始最小值逐渐增大的方式对加固钢板厚度与混凝土厚度进行确定，所确定的加固钢板厚度与混凝土厚度均为最佳值，能满足经济性、节约成本的要求，并且对混凝土厚度设定最大值t_hnM，达到防止因混凝土厚度增加带来的加固后梁体自重增大的目的；并且，将加固钢板厚度t_sp在t_spm～t_spmax之间，在满足经济性、节约成本要求的同时，能确保加固后梁体的破坏形式为适筋破坏。

5、加固效果好，采用钢板-混凝土与无粘结预应力钢筋相结合进行加固，钢板-混凝土大幅度增加了结构承载能力及结构刚度，有效地提高了加固效率；同时减小了结构的加固厚度，减轻了加固构造重量。无粘结预应力筋的防腐性能好，防止了因预应力筋与混凝土结构变形不协调引起的附加应力，安全可靠、预应力损失较小；并且新增预应力筋位于新加固混凝土内部，不存在减振止振问题，无需安装减震装置。加固构造与所加固T型梁的结合部位面积较大，植筋均匀，应力相对分散，省去了转向块及锚固块处应力集中的问题，极大降低了预应力损失甚至失效的风险。加固体由钢板形成的钢套箱施工时兼做浇筑混凝土结构的模板，省去拆模工序，施工方便快速。所施工成型的加固构造具有外部整齐、耐久性好、稳定性高、经济性好和施工方便等优点，能有效发挥混凝土的抗压和钢板、无粘结预应力筋的抗拉性强的特点，并能有效解决现有箱梁预应力加固方法存在的加固构造外观不规整、预应力筋维护困难、费用高、新增预应力筋动力性能较差、易失效等问题。综上，本发明所采用的加固构造能显著提高桥梁的承载力与结构刚度，能充分利用新、旧材料的性能，而且新、老混凝土及钢板与新混凝土之间都有必要的连接构造，受力性能可靠，加固后梁体具有承载力高、刚度大、耐久性好、自重增加较小、施工快捷等优点。按照本发明设计加固构造对所加固T型梁加固完成后，可对保证加固后组合截面的承载力和刚度得到提高，原结构的应力状态得到一定程度的改善，且破坏形态为适筋破坏。

6、适用面广且推广应用前景广泛，适用于所有中性轴从腹板内穿过的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计过程。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能简便、快速确定桥梁组合加固结构的结构参数，所设计桥梁组合加固结构经济实用且加固效果好。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2为本发明加固后梁体的结构示意图。

附图标记说明:

1—底钢板； 2—纵向侧钢板； 3—所加固T型梁；

4—无粘结预应力钢筋； 5—混凝土结构；

6-1—纵向受压钢筋； 6-2—纵向受拉钢筋。

具体实施方式

如图1所示的一种T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，包括以下步骤：

步骤一、组合加固构造确定：对所加固T型梁3的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造进行确定；所加固T型梁3为钢筋混凝土梁；

如图2所示，所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造包括布设在所加固T型梁3的需加固区下方的底钢板1、两个分别布设在所述需加固区左右两侧的纵向侧钢板2和两个分别布设在所述需加固区前后两端的端部封堵钢板，所述底钢板1和两个所述纵向侧钢板2均呈纵桥向布设，所述底钢板1和纵向侧钢板2均为平直钢板且二者的纵向长度均与所述需加固区的长度相同；两个所述端部封堵钢板均呈横桥向布设；所加固T型梁3呈水平布设且其包括一个呈水平布设的翼板和一个位于所述翼板正下方的腹板，所述腹板呈竖直向布设；所述底钢板1呈水平布设，两个所述纵向侧钢板2均呈竖直向布设且二者对称布设在底钢板1左右两侧上方，两个所述端部封堵钢板连接于两个所述纵向侧钢板2的前后两端之间，所述底钢板1、两个所述纵向侧钢板2和两个所述端部封堵钢板组成一个由下至上套装在所加固T型梁3的腹板下部的钢套箱，所述钢套箱内设置有多根无粘结预应力钢筋4，且所述钢套箱内浇筑有混凝土结构5；所述混凝土结构5分为位于所述腹板下方的底部混凝土结构和左右两个分别位于所述腹板左右两侧的侧部混凝土结构，两个所述侧部混凝土结构呈左右对称布设且二者的厚度均与所述底部混凝土结构的厚度相同，所述底钢板1和两个所述纵向侧钢板2的厚度均相同且三者的材质均相同；多根所述无粘结预应力钢筋4均布设在同一水平面上且其均位于所述底部混凝土结构的内侧中部，多根所述无粘结预应力钢筋4的直径和长度均相同且其呈均匀布设；

步骤二、加固前T型梁结构参数确定：对所加固T型梁3的结构参数进行确定；

结合图2，所确定的所加固T型梁3的结构参数包括所加固T型梁3内所设置纵向受压钢筋6-1的截面面积A_sy′、纵向受压钢筋6-1的抗压强度设计值f_sy′、所加固T型梁3内所设置纵向受拉钢筋6-2的截面面积A_sy、纵向受拉钢筋6-2的抗拉强度设计值f_sy、所加固T型梁3内受压区纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离a_s′、所加固T型梁3内所设置纵向受拉钢筋6-2的重心与所述腹板底部的距离a₀、所述翼板的宽度b_f′、所述翼板的厚度h_f′、所述腹板的宽度b′以及所加固T型梁3的梁高h₁和截面有效高度h₀₁，h₁为所述翼板与所述腹板的高度之和，h₀₁为所加固T型梁3内受拉区纵向非预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离，其中A_sy′和A_sy的单位均为mm²，f_sy′和f_sy的单位均为MPa，a_s′、a₀、b_f′、h_f′、b′、h₁和h₀₁的单位均为mm；

所述纵向受压钢筋6-1位于所述翼板内，所述纵向受拉钢筋6-2位于所述腹板内，所述纵向受压钢筋6-1和纵向受拉钢筋6-2均为非预应力钢筋，且所加固T型梁3的中性轴从所述腹板内穿过；

步骤三、组合加固构造结构参数确定：根据步骤二中确定的所加固T型梁3的结构参数，采用数据处理设备对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定；

所确定的所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数包括t_sp、h_spw、t_hn和b，其中t_sp为底钢板1或纵向侧钢板2的厚度，h_spw为纵向侧钢板2的高度，t_hn为所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的厚度，b为底钢板1的宽度；

对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定时，过程如下：

步骤301、参数初始化：采用与所述数据处理设备相接的参数输入单元，输入步骤二中确定的所加固T型梁3的结构参数，并对t_sp、b、h_spw和t_hn的初始值分别进行设定；其中，t_sp＝t_spm且t_spm＝5mm～7mm，t_hn＝t_hnm且t_hnm＝70mm～90mm；b＝b′+2t_sp+2t_hn (1)；h_spw＝c₀×h(2)，其中c₀＝0.15～0.4，h为加固后梁体的高度且h＝h₁+t_hn+t_sp (3)；所述加固后梁体为采用所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造对所加固T型梁3进行加固后的梁体；

步骤302、加固钢板理论最大厚度计算：所述数据处理设备根据公式t_spmax＝min(t_sp1,t_sp2,t_sp3) (4)，计算得出加固钢板理论最大厚度t_spmax；

公式(4)中，

$t_{sp2}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c({b_f}^{\′}-b^{\′}){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_2{h}_{01}\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-f_{sy}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp1}b+2E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{spw2}{h}_{spw}}---(4-2);$

$t_{sp3}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c({b_f}^{\′}-b^{\′}){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_3(h-t_{sp}-\frac{h_{spw}}{2})\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-E_{sy}{\mathrm{\ϵ}}_{s2}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp2}b+2f_{spy}{h}_{spw}}---(4-3);$

公式(4-1)、公式(4-2)和(4-3)中，α₁为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，f_c为所加固T型梁3的混凝土轴心抗压强度设计值且其单位为MPa，β为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图受压区高度与中性轴高度的比值且β＝0.8；E_sy为所加固T型梁3内所设置纵向受拉钢筋6-2的弹性模量且其单位为MPa；E_sp为底钢板1或纵向侧钢板2的弹性模量且其单位为MPa；

公式(4-1)中，其中ε_spy为底钢板1或纵向侧钢板2的屈服应变，ε_cu为所加固T型梁3的受压区混凝土极限压应变，ε_i1为考虑二次受力影响时底钢板1的滞后应变；x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；

对ε_spw1进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw10；再判断ε_spw10是否大于当时，否则，ε_spw1＝ε_spw10；其中或h'＝h；ε_i2为考虑二次受力影响时纵向侧钢板2的滞后应变；

对ε_s1进行计算时，先根据公式计算得出ε_s10；再判断ε_s10是否大于当时，否则，ε_s1＝ε_s10；

公式(4-2)中，其中ε_sy为纵向受拉钢筋6-2的屈服应变；

对ε_sp1进行计算时，先根据公式计算得出ε_sp10；再判断ε_sp10是否大于当时，否则，ε_sp1＝ε_sp10；

对ε_spw2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw20；再判断ε_spw20是否大于当时，否则，ε_spw2＝ε_spw20；

公式(4-3)中，

对ε_sp2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_sp20；再判断ε_sp20是否大于当时，否则，ε_sp2＝ε_sp20；

对ε_s2进行计算时，先根据公式(4-32)，计算得出ε_s20；再判断ε_s20是否大于当时，否则，ε_s2＝ε_s20；

步骤303、加固钢板厚度与混凝土厚度确定：采用所述数据处理设备对t_sp和t_hn分别进行确定，过程如下：

步骤3031、超筋判断：判断步骤302中计算得出的加固钢板理论最大厚度t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，并进入步骤3032；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3032、参数增大调整，包括以下步骤：

步骤30321、混凝土厚度增大调整及混凝土厚度超限判断：将t_hn增大Δt_hn，并对增大后的t_hn进行混凝土厚度超限判断：当增大后的t_hn＞t_hnM时，判断为混凝土厚度超限，将增大后的t_hn减小Δt_hn，并进入步骤30322；否则，当增大后的t_hn≤t_hnM时，判断为混凝土厚度未超限，并进入步骤30323；

其中，Δt_hn＝15mm～25mm；t_hnM为预先设定的所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的最大厚度；

步骤30322、加固钢板厚度增大调整：将t_sp增大Δt_sp，并进入步骤30323；其中，Δt_sp＝1mm～3mm；

步骤30323、加固钢板理论最大厚度计算及超筋判断：按照步骤302中所述的方法，计算得出此时加固钢板理论最大厚度t_spmax，并判断t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，返回步骤30321；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3033、抗弯承载力验证：调用抗弯承载力计算模块且根据公式 对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u＜M_u′时，返回步骤3032；否则，当M_u≥M_u′时，完成混凝土厚度和加固钢板厚度确定过程并输出t_hn和t_sp，再进入步骤304；

公式(5)中，x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；f_spy为底钢板1或纵向侧钢板2的钢板抗拉强度设计值，A_sp为底钢板1的横截面积且A_sp＝b·t_sp，A_spw为纵向侧钢板2的横截面积且A_spw＝t_sp·h_spw；σ_p为预先确定的无粘结预应力钢筋4的张拉控制应力值，A_p为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的截面面积且n为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的数量，d₀为无粘结预应力钢筋4的直径且其单位为mm；a为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的重心与所加固T型梁3内所设置纵向受拉钢筋6-2的重心之间的距离且

其中，f_spy和σ_p的单位均为MPa，b、x和a的单位均为mm，A_sp、A_spw和A_p的单位均为mm²；

步骤304、纵向侧钢板高度与底钢板宽度确定：结合步骤303中输出的t_sp和t_hn，所述数据处理设备根据公式(1)计算得出底钢板1的宽度b并输出b；同时，所述数据处理设备先根据公式(3)计算得出所述加固后梁体的高度h，再根据公式(2)计算得出纵向侧钢板2的高度h_spw并输出h_spw。

其中，f_sy′和f_sy的单位均为MPa。并且，f_sy′、f_sy、β、E_sy、ε_spy、ε_cu、f_c、f_spy、σ_p和x等参数的含义参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)与陕西省地方标准《钢板混凝土组合加固梁桥设计与施工技术规程》。

需说明的是：二次受力指的是结构(即所加固T型梁3)在加固之前已经受力，在已经受力的结构(即所加固T型梁3)上施工所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造进行加固后再次受力。

当考虑二次受力影响时，应根据加固时的荷载状况，按平截面假定计算底钢板1的滞后应变。

上述参数中，所述的x为所加固T型梁3的中性轴至截面受压边缘的距离，其中截面受压边缘为所述翼板的顶面。其中，所加固T型梁3的截面受压边缘为所述翼板的顶面且其截面受拉边缘为所述腹板的底面。所述的受压区混凝土矩形应力图为受压区混凝土的等效矩形应力图。

本实施例中，步骤302中所述的f_c为所加固T型梁3的混凝土轴心抗压强度设计值，α₁为所加固T型梁3的受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值。

本实施例中，步骤302中对所述的α₁进行确定时，当所加固T型梁3的混凝土强度等级不超过C50时，α₁＝1；当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C80时，α₁＝0.94；当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C50～C80之间的其它等级时，α₁按线性内插法进行确定。

普通混凝土划分为十四个等级，即C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80。

α₁按线性内插法进行确定时，

当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C55时，

当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C60时，

当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C65时，

当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C70时，

当所加固T型梁3的混凝土强度等级为C75时，

本实施例中，步骤3033中进行抗弯承载力验证之前，先对所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的数量n进行确定；

对无粘结预应力钢筋4的数量n进行确定时，根据公式(6)，计算得出粘结预应力钢筋4的数量n；

公式(5)中，表示向上取整，σ_p为预先确定的无粘结预应力钢筋4的张拉控制应力值，y为所述加固后梁体的中性轴与所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的重心之间的距离，a_p为单根所述无粘结预应力钢筋4的截面面积且其中d₀为无粘结预应力钢筋4的直径且其单位为mm；M为所加固T型梁3的梁体截面因自重增加而增大的弯矩且M＝kql²，其中k为所加固T型梁3的弯矩系数，q为所加固T型梁3的梁体截面因增加所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造产生的线荷载，l为所加固T型梁3的计算跨径。

其中，k为本领域技术公知的参数；当所述所加固T型梁3为简支梁时，k＝0.125；所述所加固T型梁3为连续梁时，能在《建筑结构计算手册》查出弯矩系数k的取值。q的单位为N/mm，l的单位为mm。

实际操作过程中，对无粘结预应力钢筋4的数量n进行确定时，也可按照以下方法进行确定，过程如下：

步骤3033-1、参数初始化：采用所述参数输入单元对n的初始值进行设定，且n＝2；

步骤3033-2、截面弯矩验证：根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁3的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，进入步骤3033-3；

其中k为所加固T型梁(3)的弯矩系数，q为所加固T型梁(3)的梁体截面因增加所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造产生的线荷载，l为所加固T型梁(3)的计算跨径；

步骤3033-3、预应力钢筋数量增大调整：将此时无粘结预应力钢筋4的数量n加1；

步骤3033-4、截面弯矩验证：步骤3033-3中预应力钢筋数量增大调整后，根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁3的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，返回步骤3033-3。

本实施例中，步骤304中根据公式(2)对纵向侧钢板2的高度h_spw进行计算时，计算得出h_spw＝0.4h；

步骤304中对h_spw输出之前，还需调用纵向侧钢板高度调整模块对纵向侧钢板2的高度h_spw进行优化调整，过程如下：

步骤3041、纵向侧钢板高度减小调整：将h_spw减小Δh_spw；其中，Δh_spw＝45mm～55mm；

步骤3042、纵向侧钢板高度阈值判断：步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后，对h_spw的大小进行判断：当h_spw＜0.15h或h_spw＜350mm时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw；否则，进入步骤3043；

步骤3043、抗弯承载力验证：调用所述抗弯承载力计算模块，且根据公式(5)对步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u≥M_u′时，返回步骤3041；否则，当M_u＜M_u′时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw。

本实施例中，步骤30321中进行混凝土厚度增大调整时，所述数据处理设备调用数值增大调整模块使t_hn＝t_hn+Δt_hn；

步骤30322中进行加固钢板厚度增大调整时，所述数据处理设备调用所述数值增大调整模块使t_sp＝t_sp+Δt_sp；

步骤3041中进行纵向侧钢板高度减小调整时，所述数据处理设备调用所述数值减小调整模块使h_spw＝h_spw-Δh_spw；

步骤3042和步骤3043中将h_spw增大Δh_spw时，所述数据处理设备均调用所述数值增大调整模块使h_spw＝h_spw+Δh_spw。

实际操作过程中，步骤30321中进行混凝土厚度增大调整时，所述数据处理设备使将t_hn+Δt_hn转存为t_hn即可；步骤30322中进行加固钢板厚度增大调整时，所述数据处理设备将t_sp+Δt_sp转存为t_sp即可；步骤3041中进行纵向侧钢板高度减小调整时，所述数据处理设备将h_spw-Δh_spw转存为h_spw即可；步骤3042和步骤3043中将h_spw增大Δh_spw时，所述数据处理设备将h_spw+Δh_spw转存为h_spw即可。

本实施例中，所述数据处理设备为PC机。

实际使用时，所述数据处理设备也可以采用ARM微处理器等其它数据处理装置。

本实施例中，步骤3033中根据公式(5)对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算之前，先根据步骤二中确定的所加固T型梁3的结构参数以及此时n、t_sp、b、h_spw和t_hn的数值，对此时所述加固后梁体的中性轴的位置进行确定，并根据所述加固后梁体的中性轴的位置对此时所述加固后梁体的混凝土受压区高度x进行确定，其中n所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋4的数量。

根据本领域公知常识，中性轴是梁的中性层和横截面的交线在平面弯曲和斜弯曲情形下，横截面与应力平面的交线上各点的正应力值均为零，这条交线称为中性轴。

本实施例中，步骤二中所加固T型梁3的中性轴从所述腹板内穿过且其混凝土受压高度大于所述翼板的厚度，所述中性轴也称为中和轴。

本实施例中，步骤301中所述的t_spm＝6mm，t_hnm＝80mm。

实际施工时，可根据具体需要，对t_spm和t_hnm的取值范围进行相应调整。

由上述内容可知，最终确定的混凝土厚度t_hn在t_hnm～t_hnM之间，最终确定的加固钢板厚度t_sp在t_spm～t_spmax之间。

本实施例中，t_hnM＝20cm。

实际施工时，可根据具体需要，将t_hnM的取值在18cm～22cm范围内进行相应调整。

本实施例中，步骤二中所加固T型梁3内所设置纵向受压钢筋6-1均位于同一水平面上且a_s′为纵向受压钢筋6-1与所述翼板顶面之间的竖向距离，所加固T型梁3内所设置纵向受拉钢筋6-2均位于同一水平面上且h₀₁为纵向受拉钢筋6-2与所述翼板顶面之间的竖向距离；所述纵向受压钢筋6-1和纵向受拉钢筋6-2分别位于所加固T型梁3的中性轴上下两侧；

所述纵向受压钢筋6-1的数量为n₁道且其均位于所述翼板内，n₁道所述纵向受压钢筋6-1均位于同一水平面上；A_sy′为n₁道所述纵向受压钢筋6-1的横截面面积之和；其中，n₁为正整数；

所述纵向受拉钢筋6-2的数量为n₂道且其均位于所述腹板内，n₂道所述纵向受拉钢筋6-2均位于同一水平面上；A_sy为n₂道所述纵向受拉钢筋6-2的横截面面积之和；其中，n₂为正整数。

本实施例中，当n₁≥2时，n₁道所述纵向受压钢筋6-1呈均匀布设。当n₂≥2时，n₂道所述纵向受拉钢筋6-2呈均匀布设。其中，h₀₁为纵向受拉钢筋6-2所处位置至所述翼板顶面的竖向距离。

本实施例中，多道所述无粘结预应力钢筋4均位于所述钢套箱的内侧中部。所加固T型梁3的所述腹板也称为肋板。

实际进行计算时，也可以将步骤301中所述的c₀设定为0.25。

为计算简便，步骤302中进行加固钢板理论最大厚度计算时，h′＝h。

实际施工时，所述底钢板1和两个所述纵向侧钢板2均通过多个锚栓固定在所加固T型梁3上。

步骤302中进行加固钢板理论最大厚度计算时，从以下三种极限状态进行分析：

其中，当受压区边缘混凝土应变达ε_cu时，底钢板1的应变为ε_spy，此种状态下，加固钢板厚度t_sp满足公式(4-1)；

当受压区边缘混凝土应变达ε_cu时，纵向受拉钢筋6-2的应变为ε_sy，此种状态下，加固钢板厚度t_sp满足公式(4-2)；

当受压区边缘混凝土应变达ε_cu时，纵向侧钢板2的应变为ε_spy，此种状态下，加固钢板厚度t_sp满足公式(4-3)；

这样，根据公式(4)能得出加固钢板理论最大厚度t_spmax。

并且，ε_i2为根据平截面假定计算得出的考虑二次受力影响时纵向侧钢板2的平均滞后应变，ε_i1根据平截面假定计算得出。

本实施例中，所述腹板左右两侧的所述混凝土结构5的上部坡度均为1∶1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、组合加固构造确定：对所加固T型梁(3)的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造进行确定；所加固T型梁(3)为钢筋混凝土梁；

所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造包括布设在所加固T型梁(3)的需加固区下方的底钢板(1)、两个分别布设在所述需加固区左右两侧的纵向侧钢板(2)和两个分别布设在所述需加固区前后两端的端部封堵钢板，所述底钢板(1)和两个所述纵向侧钢板(2)均呈纵桥向布设，所述底钢板(1)和纵向侧钢板(2)均为平直钢板且二者的纵向长度均与所述需加固区的长度相同；两个所述端部封堵钢板均呈横桥向布设；所加固T型梁(3)呈水平布设且其包括一个呈水平布设的翼板和一个位于所述翼板正下方的腹板，所述腹板呈竖直向布设；所述底钢板(1)呈水平布设，两个所述纵向侧钢板(2)均呈竖直向布设且二者对称布设在底钢板(1)左右两侧上方，两个所述端部封堵钢板连接于两个所述纵向侧钢板(2)的前后两端之间，所述底钢板(1)、两个所述纵向侧钢板(2)和两个所述端部封堵钢板组成一个由下至上套装在所加固T型梁(3)的腹板下部的钢套箱，所述钢套箱内设置有多根无粘结预应力钢筋(4)，且所述钢套箱内浇筑有混凝土结构(5)；所述混凝土结构(5)分为位于所述腹板下方的底部混凝土结构和左右两个分别位于所述腹板左右两侧的侧部混凝土结构，两个所述侧部混凝土结构呈左右对称布设且二者的厚度均与所述底部混凝土结构的厚度相同，所述底钢板(1)和两个所述纵向侧钢板(2)的厚度均相同且三者的材质均相同；多根所述无粘结预应力钢筋(4)均布设在同一水平面上且其均位于所述底部混凝土结构的内侧中部，多根所述无粘结预应力钢筋(4)的直径和长度均相同且其呈均匀布设；

步骤二、加固前T型梁结构参数确定：对所加固T型梁(3)的结构参数进行确定；

所确定的所加固T型梁(3)的结构参数包括所加固T型梁(3)内所设置纵向受压钢筋(6-1)的截面面积A_sy′、纵向受压钢筋(6-1)的抗压强度设计值f_sy′、所加固T型梁(3)内所设置纵向受拉钢筋(6-2)的截面面积A_sy、纵向受拉钢筋(6-2)的抗拉强度设计值f_sy、所加固T型梁(3)内受压区纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离a_s′、所加固T型梁(3)内所设置纵向受拉钢筋(6-2)的重心与所述腹板底部的距离a₀、所述翼板的宽度b_f′、所述翼板的厚度h_f′、所述腹板的宽度b′以及所加固T型梁(3)的梁高h₁和截面有效高度h₀₁，h₁为所述翼板与所述腹板的高度之和，h₀₁为所加固T型梁(3)内受拉区纵向非预应力钢筋合力点至截面受压边缘的距离，其中A_sy′和A_sy的单位均为mm²，f_sy′和f_sy的单位均为MPa，a_s′、a₀、b_f′、h_f′、b′、h₁和h₀₁的单位均为mm；

所述纵向受压钢筋(6-1)位于所述翼板内，所述纵向受拉钢筋(6-2)位于所述腹板内，所述纵向受压钢筋(6-1)和纵向受拉钢筋(6-2)均为非预应力钢筋，且所加固T型梁(3)的中性轴从所述腹板内穿过；

步骤三、组合加固构造结构参数确定：根据步骤二中确定的所加固T型梁(3)的结构参数，采用数据处理设备对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定；

所确定的所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数包括t_sp、h_spw、t_hn和b，其中t_sp为底钢板(1)或纵向侧钢板(2)的厚度，h_spw为纵向侧钢板(2)的高度，t_hn为所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的厚度，b为底钢板(1)的宽度；

对步骤一中所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造的结构参数进行确定时，过程如下：

步骤301、参数初始化：采用与所述数据处理设备相接的参数输入单元，输入步骤二中确定的所加固T型梁(3)的结构参数，并对t_sp、b、h_spw和t_hn的初始值分别进行设定；其中，t_sp＝t_spm且t_spm＝5mm～7mm，t_hn＝t_hnm且t_hnm＝70mm～90mm；b＝b′+2t_sp+2t_hn(1)；h_spw＝c₀×h(2)，其中c₀＝0.15～0.4，h为加固后梁体的高度且h＝h₁+t_hn+t_sp(3)；所述加固后梁体为采用所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造对所加固T型梁(3)进行加固后的梁体；

步骤302、加固钢板理论最大厚度计算：所述数据处理设备根据公式t_spmax＝min(t_sp1,t_sp2,t_sp3)(4)，计算得出加固钢板理论最大厚度t_spmax；

公式(4)中，

$t_{sp2}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c\left({b_f}^{\′}-b^{\′}\right){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_2{h}_{01}\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-f_{sy}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp1}b+2E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{spw2}{h}_{spw}}---\left(4-2\right);$

$t_{sp3}=\frac{{\mathrm{\α}}_1{f}_c({b_f}^{\′}-b^{\′}){h_f}^{\′}+{\mathrm{\α}}_1{f}_c{b}^{\′}{\mathrm{\ξ}}_3(h-t_{sp}-\frac{h_{spw}}{2})\mathrm{\β}+{f_{sy}}^{\′}{A_{sy}}^{\′}-E_{sy}{\mathrm{\ϵ}}_{s2}{A}_{sy}}{E_{sp}{\mathrm{\ϵ}}_{sp2}b+2f_{spy}{h}_{spw}}---(4-3);$

公式(4-1)、公式(4-2)和(4-3)中，α₁为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，f_c为所加固T型梁(3)的混凝土轴心抗压强度设计值且其单位为MPa，β为所述加固后梁体的受压区混凝土矩形应力图受压区高度与中性轴高度的比值且β＝0.8；E_sy为所加固T型梁(3)内所设置纵向受拉钢筋(6-2)的弹性模量且其单位为MPa；E_sp为底钢板(1)或纵向侧钢板(2)的弹性模量且其单位为MPa；

公式(4-1)中，其中ε_spy为底钢板(1)或纵向侧钢板(2)的屈服应变，ε_cu为所加固T型梁(3)的受压区混凝土极限压应变，ε_i1为考虑二次受力影响时底钢板(1)的滞后应变；x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；

对ε_spw1进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw10；再判断ε_spw10是否大于当时，否则，ε_spw1＝ε_spw10；其中或h'＝h；ε_i2为考虑二次受力影响时纵向侧钢板(2)的滞后应变；

对ε_s1进行计算时，先根据公式计算得出ε_s10；再判断ε_s10是否大于当时，否则，ε_s1＝ε_s10；

公式(4-2)中，其中ε_sy为纵向受拉钢筋(6-2)的屈服应变；

对ε_sp1进行计算时，先根据公式计算得出ε_sp10；再判断ε_sp10是否大于当时，否则，ε_sp1＝ε_sp10；

对ε_spw2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_spw20；再判断ε_spw20是否大于当时，否则，ε_spw2＝ε_spw20；

公式(4-3)中，

对ε_sp2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_sp20；再判断ε_sp20是否大于当时，否则，ε_sp2＝ε_sp20；

对ε_s2进行计算时，先根据公式 计算得出ε_s20；再判断ε_s20是否大于当时，否则，ε_s2＝ε_s20；

步骤303、加固钢板厚度与混凝土厚度确定：采用所述数据处理设备对t_sp和t_hn分别进行确定，过程如下：

步骤3031、超筋判断：判断步骤302中计算得出的加固钢板理论最大厚度t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，并进入步骤3032；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3032、参数增大调整，包括以下步骤：

步骤30321、混凝土厚度增大调整及混凝土厚度超限判断：将t_hn增大Δt_hn，并对增大后的t_hn进行混凝土厚度超限判断：当增大后的t_hn＞t_hnM时，判断为混凝土厚度超限，将增大后的t_hn减小Δt_hn，并进入步骤30322；否则，当增大后的t_hn≤t_hnM时，判断为混凝土厚度未超限，并进入步骤30323；

其中，Δt_hn＝15mm～25mm；t_hnM为预先设定的所述底部混凝土结构或所述侧部混凝土结构的最大厚度；

步骤30322、加固钢板厚度增大调整：将t_sp增大Δt_sp，并进入步骤30323；其中，Δt_sp＝1mm～3mm；

步骤30323、加固钢板理论最大厚度计算及超筋判断：按照步骤302中所述的方法，计算得出此时加固钢板理论最大厚度t_spmax，并判断t_spmax是否小于t_spm：当t_spmax＜t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于超筋状态，返回步骤30321；否则，当t_spmax≥t_spm时，判断为此时所述加固后梁体处于未超筋状态，并进入步骤3033；

步骤3033、抗弯承载力验证：调用抗弯承载力计算模块且根据公式 对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u＜M_u′时，返回步骤3032；否则，当M_u≥M_u′时，完成混凝土厚度和加固钢板厚度确定过程并输出t_hn和t_sp，再进入步骤304；

公式(5)中，x为所述加固后梁体的混凝土受压区高度；f_spy为底钢板(1)或纵向侧钢板(2)的钢板抗拉强度设计值，A_sp为底钢板(1)的横截面积且A_sp＝b·t_sp，A_spw为纵向侧钢板(2)的横截面积且A_spw＝t_sp·h_spw；σ_p为预先确定的无粘结预应力钢筋(4)的张拉控制应力值，A_p为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的截面面积；a为所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的重心与所加固T型梁(3)内所设置纵向受拉钢筋(6-2)的重心之间的距离且

其中，f_spy和σ_p的单位均为MPa，b、x和a的单位均为mm，A_sp、A_spw和A_p的单位均为mm²；

步骤304、纵向侧钢板高度与底钢板宽度确定：结合步骤303中输出的t_sp和t_hn，所述数据处理设备根据公式(1)计算得出底钢板(1)的宽度b并输出b；同时，所述数据处理设备先根据公式(3)计算得出所述加固后梁体的高度h，再根据公式(2)计算得出纵向侧钢板(2)的高度h_spw并输出h_spw。

2.按照权利要求1所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤302中对所述的α₁进行确定时，当所加固T型梁(3)的混凝土强度等级不超过C50时，α₁＝1；当所加固T型梁(3)的混凝土强度等级为C80时，α₁＝0.94；当所加固T型梁(3)的混凝土强度等级为C50～C80之间的其它等级时，α₁按线性内插法进行确定。

3.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤3033中进行抗弯承载力验证之前，先对所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的数量n进行确定；

对无粘结预应力钢筋(4)的数量n进行确定时，根据公式(6)，计算得出粘结预应力钢筋(4)的数量n；

公式(5)中，表示向上取整，σ_p为预先确定的无粘结预应力钢筋(4)的张拉控制应力值，y为所述加固后梁体的中性轴与所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的重心之间的距离，a_p为单根所述无粘结预应力钢筋(4)的截面面积且其中d₀为无粘结预应力钢筋(4)的直径且其单位为mm；M为所加固T型梁(3)的梁体截面因自重增加而增大的弯矩且M＝kql²，其中k为所加固T型梁(3)的弯矩系数，q为所加固T型梁(3)的梁体截面因增加所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造产生的线荷载，l为所加固T型梁(3)的计算跨径。

4.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤3033中进行抗弯承载力验证之前，先对所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的数量n进行确定；

对无粘结预应力钢筋(4)的数量n进行确定时，过程如下：

步骤3033-1、参数初始化：采用所述参数输入单元对n的初始值进行设定，且n＝2；

步骤3033-2、截面弯矩验证：根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁(3)的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，进入步骤3033-3；

其中k为所加固T型梁(3)的弯矩系数，q为所加固T型梁(3)的梁体截面因增加所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造产生的线荷载，l为所加固T型梁(3)的计算跨径；

步骤3033-3、预应力钢筋数量增大调整：将此时无粘结预应力钢筋(4)的数量n加1；

步骤3033-4、截面弯矩验证：步骤3033-3中预应力钢筋数量增大调整后，根据公式M＝kql²对此时所加固T型梁(3)的梁体截面因自重增加而增大的弯矩M进行计算，并将计算得出的M与n·σ_p·a_p·y进行差值比较：当n·σ_p·a_p·y≥M时，完成无粘结预应力钢筋数量确定过程并输出n；否则，当n·σ_p·a_p·y＜M时，返回步骤3033-3。

5.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤304中根据公式(2)对纵向侧钢板(2)的高度h_spw进行计算时，计算得出h_spw＝0.4h；

步骤304中对h_spw输出之前，还需调用纵向侧钢板高度调整模块对纵向侧钢板(2)的高度h_spw进行优化调整，过程如下：

步骤3041、纵向侧钢板高度减小调整：将h_spw减小Δh_spw；其中，Δh_spw＝45mm～55mm；

步骤3042、纵向侧钢板高度阈值判断：步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后，对h_spw的大小进行判断：当h_spw＜0.15h或h_spw＜350mm时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw；否则，进入步骤3043；

步骤3043、抗弯承载力验证：调用所述抗弯承载力计算模块，且根据公式(5)对步骤3041中纵向侧钢板高度减小调整后所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算，并将计算得出的M_u与M_u′进行差值比较：当M_u≥M_u′时，返回步骤3041；否则，当M_u＜M_u′时，将h_spw增大Δh_spw，完成纵向侧钢板高度调整过程并输出h_spw。

6.按照权利要求5所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤30321中进行混凝土厚度增大调整时，所述数据处理设备调用数值增大调整模块使t_hn＝t_hn+Δt_hn；

步骤30322中进行加固钢板厚度增大调整时，所述数据处理设备调用所述数值增大调整模块使t_sp＝t_sp+Δt_sp；

步骤3041中进行纵向侧钢板高度减小调整时，所述数据处理设备调用所述数值减小调整模块使h_spw＝h_spw-Δh_spw；

步骤3042和步骤3043中将h_spw增大Δh_spw时，所述数据处理设备均调用所述数值增大调整模块使h_spw＝h_spw+Δh_spw。

7.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤3033中根据公式(5)对此时所述加固后梁体的抗弯承载力M_u进行计算之前，先根据步骤二中确定的所加固T型梁(3)的结构参数以及此时n、t_sp、b、h_spw和t_hn的数值，对此时所述加固后梁体的中性轴的位置进行确定，并根据所述加固后梁体的中性轴的位置对此时所述加固后梁体的混凝土受压区高度x进行确定，其中n所述无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固构造内所设置无粘结预应力钢筋(4)的数量。

8.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤301中所述的t_spm＝6mm，t_hnm＝80mm。

9.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤二中所加固T型梁(3)内所设置纵向受压钢筋(6-1)均位于同一水平面上且a_s′为纵向受压钢筋(6-1)与所述翼板顶面之间的竖向距离，所加固T型梁(3)内所设置纵向受拉钢筋(6-2)均位于同一水平面上且h₀₁为纵向受拉钢筋(6-2)与所述翼板顶面之间的竖向距离；所述纵向受压钢筋(6-1)和纵向受拉钢筋(6-2)分别位于所加固T型梁(3)的中性轴上下两侧；

所述纵向受压钢筋(6-1)的数量为n₁道且其均位于所述翼板内，n₁道所述纵向受压钢筋(6-1)均位于同一水平面上；A_sy′为n₁道所述纵向受压钢筋(6-1)的横截面面积之和；其中，n₁为正整数；

所述纵向受拉钢筋(6-2)的数量为n₂道且其均位于所述腹板内，n₂道所述纵向受拉钢筋(6-2)均位于同一水平面上；A_sy为n₂道所述纵向受拉钢筋(6-2)的横截面面积之和；其中，n₂为正整数。

10.按照权利要求1或2所述的T型梁的无粘结预应力与钢板-混凝土组合加固设计方法，其特征在于：步骤301中所述的c₀＝0.25。