史各莊大橋維修與加固試驗分析

胡愛敏

（廊坊市交通勘察設計院 廊坊 065000）

史各莊橋建于1969年，橋梁全長522 m，采用37孔14.1 m鋼筋混凝土T型梁。橋面全寬9 m（凈7 m＋2×1.0 m），上部由5片T梁組成，見圖1。

圖1 構造布置示意圖（單位：c m）

該橋曾于1976年唐山大地震后（震級7.8級）進行維修，G106線改線后，一直作為縣鄉道路橋梁使用。受多年重載交通作用和結構自身劣化影響，梁體出現變形、超限裂縫和支座活動不足等病害，已不能適應現代交通的需要，需維修改造。經現場勘察，橋梁上下部結構均有不同程度的破損。由于設計荷載情況不詳，需對橋梁上、下部進行荷載試驗，確定橋梁的荷載等級以及適宜的維修、加固方案。

1 舊橋結構情況

1.1 舊橋概況

上部結構為簡支T梁結構，梁長14.06 m，計算跨徑l0＝1 370 c m，梁高h＝85 c m，肋寬b＝18 c m，翼板寬bf＝158 c m，經采用回彈法鑒定主梁混凝土強度等級為C25，參照1973年汽車-15級標準圖，該T梁跨中截面配筋為4Φ32＋4Φ16，L／4截面配筋為2Φ22。T梁僅在端部設置2道橫隔板，無中橫隔板。下部結構為樁柱式墩臺基礎，經回彈法鑒定蓋梁混凝土C25、墩柱及樁基礎C20。蓋梁采用T型截面，端部高70 c m，跨中為75 c m，肋寬b＝40 c m，翼板寬bf＝90 c m，高hf＝30 c m，跨中截面配筋為4Φ25，見圖2。

圖2 下部構造布置示意圖（單位：c m）

1.2 橋梁病害

1.2.1 主梁裂縫

主梁側面出現不規則裂縫，方向為豎向，初始最大縫寬為0.08 mm，大型車輛通過時，裂縫有所拓展，達到0.16 mm，根據規定［1］：鋼筋混凝土構件最大裂縫寬度0.2 mm，在允許范圍之內。

1.2.2 梁端支座

該橋活動支座采用鋼筋混凝土擺柱式支座，固定支座為油毛氈支座。固定支座處由于支座限制了主梁的水平位移，致使主梁下的蓋梁出現剪切破損。

1.2.3 橋墩墩柱

該橋經歷1976年唐山地震，各橋墩北側在距地面90 c m位置出現橫向剪切裂縫。

2 荷載試驗

2.1 試驗目的

根據該橋所在的重要區域位置、修建歷史及工作特性，對橋梁上部結構進行靜、動載試驗，測定其在汽車-15級設計荷載作用下橋梁結構體系的實際工作狀態和性能，判定該橋對汽車15級的符合性，為橋梁維修加固提供可靠依據。

2.2 測試部位

（1）主梁正截面應變及撓度測試截面：4孔1～3號梁跨中。

（2）蓋梁正截面應變及撓度測試截面：5個墩柱蓋梁跨中及蓋梁懸臂根部。

（3）墩柱沉降測試位置：4號和5號墩西側墩柱。

2.3 加載車軸重、軸距

見表1。

表1 加載車特性表

2.4 加載工況

2.4.1 上部結構

主要布置在主梁跨中截面，分為3種工況。

工況1：單列偏載，順橋向中軸在跨中。

工況2：雙列偏載，順橋向中軸在跨中。

工況3：雙列對稱，順橋向中軸在跨中。

各種工況引起的各梁彎矩見表2。

表2 工況1～3引起的各梁彎矩 k N·m

2.4.2 下部結構

主要布置在蓋梁跨中截面和墩頂截面，跨中截面分2種工況。

工況4：東風車單列偏載，東風車主輪位于蓋梁跨中。

工況5：雙列偏載，東風車內側主輪位于蓋梁跨中。

2種工況蓋梁跨中截面彎矩值見表3。

表3 工況4～5蓋梁彎矩 k N·m

蓋梁墩柱頂截面跨中截面主要采用工況6，即單列偏載，橋中軸在支點。此時墩柱反力為294.72 k N，蓋梁墩柱頂截面處負彎矩為96.56 k N·m。

2.4.3 墩柱反力

主要分為2種工況，除采用了工況6，還設置了工況7，布載特點是雙列偏載，順橋向中軸在支點。此時墩柱反力值為404.54 k N。在汽車-15級作用下，墩頂反力值為408.9 k N。

2.4.4 加載效率

經理論計算與實際加載計算，主梁跨中彎矩和撓度加載效率為1.21～1.31，墩柱反力加載效率為0.99。加載效率均在規范允許范圍之內［2］。

3 測試結果及分析

3.1 主梁

各主梁在各種工況下的位移和應變情況見表4，表5。

表4 各工況下各梁位移 mm

由表4可見，雙偏荷載下各梁的實測位移比較均勻且校驗系數非常接近（在0.23～0.26之間），符合橫向分布規律，說明主梁間有較大的橫向剛度；各梁的實測位移遠遠小于理論計算值，最大校驗系數為0.53，說明主梁結構仍在彈性范圍內工作，結構剛度滿足設計要求且有較大儲備。

表5 各工況下各梁應變校驗系數

由表5可見，各主梁梁底測點應變的校驗系數為0.27～0.63，說明主梁在汽車荷載作用下仍處于彈性工作狀態，次邊梁（2號梁）較邊梁和中梁承受較大的荷載，承載性能較弱。由應變與梁高的分布可知：截面沿肋高方向的混凝土應變基本屬線彈性變化，且均小于理論計算值，實測中性軸位置比理論計算的中性軸低，說明主梁有較好的應力儲備。

3.2 墩柱沉降

加載沉降觀測數值見表6。

表6 橋墩墩柱沉降分析

墩柱最大沉降為0.32 mm和0.27 mm，卸載后殘余沉降為0.145 mm，故在豎向力作用下，樁基長度滿足要求。

3.3 蓋梁

通過對蓋梁單列及雙列偏載試驗，經計算得出蓋梁跨中撓度，見表7。

表7 蓋梁跨中撓度分析 mm

由表7可見，蓋梁跨中撓度實測值遠小于理論值。

蓋梁跨中和懸臂根處應變測試結果見表8、表9。

表8 蓋梁跨中應變

表9 蓋梁懸臂根部應變

由表8，9可見，蓋梁跨中和懸臂根部應變實測值遠小于理論值。

同時動載試驗表明，結構的自振頻率為4.688 Hz，均大于規范（蘇聯CH－200）規定的梁式橋自振頻率最低值3.33 Hz（注：我國規范無此規定，一般認為大于2.0 Hz即可）。橋梁計算理論頻率為6.939，實測頻率與理論頻率之比為0.67，說明結構整體剛度一般。

3.4 試驗結論

（1）各工況下的主梁應變及撓度校驗系數均低于《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》［3］中規定的1.05的上限。說明橋梁結構在設計荷載作用下，結構處于彈性工作階段，該橋構件剛度和強度有較大儲備，滿足汽-15級的要求。

（2）在汽-15級荷載作用下，樁基最大沉降0.32 mm，樁基入土深度滿足要求。

（3）橋墩蓋梁的應變及撓度校驗系數均很低，故橋墩蓋梁滿足要求。

同時動載試驗結果表明，由于主梁間僅設端橫隔梁，故橋梁的整體剛度較差。

4 加固維修方案確定與實施

依據檢測報告并結合過去成熟的加固維修經驗，針對橋梁所在地實際，確定橋梁的荷載等級為汽車-15級，并明確加固維修方案為：

（1）增加主梁整體剛度，主梁跨中增設一道橫隔梁。

（2）更換主梁原有的擺柱式支座及油毛氈支座為板式橡膠支座。

（3）對橋墩柱出現剪切破壞的進行樁柱穿裙加固，以加大抗剪截面。

（4）拆除橋面鋪裝、人行道及欄桿后，進行橋面鋪裝整合維修。

［1］ JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］ JTG／T J22－2008公路橋梁加固設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］ 交通部公路研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法［Z］.北京：交通部公路科研所，1982.