龐山湖特大橋T梁橫隔梁維修加固工程

秦中遠

（蘇州市高速公路管理有限公司 江蘇 蘇州 215000）

1 工程概況

蘇州蘇嘉杭高速公路是江蘇省第一條以“省市共建，以市為主，股份制建路”模式實施的高速公路，全長100km，雙向四車道，設計速度l20km/h，北接蘇通長江公路大橋，南連浙江省乍嘉蘇高速公路，途中與沿江、常昆、滬寧、繞城和滬蘇浙5 條高速公路互通，是國家高速公路網“七射九縱十八橫”主骨架中縱向“沈海高速”的并行線。

蘇嘉杭高速公路主線橋梁共107座，其中，特大橋3座，大橋25座，中橋42座，小橋37座。上部結構形式共6種，其中，鋼筋混凝土板共4座，含預應力混凝土空心板梁共85 座，含連續T 梁共15 座，含變截面連續箱梁共7 座，含等截面連續箱梁共9 座及組合箱梁共1座，含多種類型橋梁重復統計。

根據蘇嘉杭高速公路全線橋梁定期檢查結果，斜港特大橋、吳淞江特大橋、龐山湖特大橋、太浦河特大橋等15 座T 梁橋橫隔梁存在不同程度損壞，中間橫隔梁損壞較嚴重，個別中間位置橫隔梁底的預埋鋼板已外露銹蝕甚至脫焊，影響橋梁的運營安全。

本文對龐山湖特大橋預應力混凝土裝配式連續T梁橋橫隔梁進行維修加固設計，并針對橫隔梁加固前后進行監測，形成加固效果評價，并以龐山湖特大橋左幅第26孔、第27孔橫隔梁加固為例，進行加固效果評估。

2 加固方案簡介

2.1 橋梁概況

龐山湖特大橋跨越大窯港，大窯港西接京杭大運河，向東經余家壩至蘆墟與太浦河相通，是太湖水東排向的骨干河道之一。本橋上部結構采用預應力混凝土T形連續梁，先簡支后結構連續，橋跨組合為（8×25）m+（7×23.5）m+（7×23.5）m+（5×25）m，全橋共4 聯；下部結構采用雙柱式墩、承臺分離式臺，基礎均為鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計荷載等級為汽車-超20級、掛車-120。橋面橫向布置為：0.383m（護欄）+12.117m（行車道）+1.0m（護欄）+1.0m（中央分隔帶）+1.0m（護欄）+12.117m（行車道）+0.383m（護欄）。

2.2 橫隔梁病害

經檢查，龐山湖特大橋T 梁端橫隔梁存在豎向裂縫共453條，總長約為374.8m，縫寬為0.06～0.10mm間；中橫隔梁存在破損共26處，部分中橫隔梁底連接鋼板外露銹蝕甚至錯位，橫橋向T 梁及橫隔梁編號均從左往右進行。

2.3 加固方案

本橋采用了先簡支后連續的預應力混凝土T梁標準化通用圖設計《蘇嘉杭高速公路江蘇段橋涵通用設計圖》。

蘇嘉杭高速公路橋梁23.5m、25mT梁通用圖中，橫隔梁之間采用鋼板焊接進行連接。中橫隔梁預制時，預埋10mm厚V型鋼板，用16mm厚的工地聯結鋼板進行焊接，每跨僅設一道中橫隔梁；端橫隔梁預埋12mm厚平直鋼板，用16mm厚的工地聯結鋼板進行焊接；連續梁中間墩進行相鄰端橫隔梁之間混凝土的澆筑，形成整體的混凝土中間墩橫隔梁。

根據單跨既有的橫隔梁病害程度及數量，采用如表1所示的4種方案進行T梁橫隔梁加固，提升T梁間的橫向連接強度。

表1 橫隔梁維修加固方案匯總表

龐山湖特大橋左幅第26孔、第27孔中橫隔梁均存在梁底連接鋼板外露銹蝕病害，3#中橫隔梁存在一定的錯位。根據橫隔梁病害數量及程度，第27孔采取加固方案一、第26孔采取加固方案二進行加固。

3 監測方案和測點布置

基于龐山湖特大橋左幅第26 孔和第27 孔中橫隔梁病害相對嚴重，對其加固前后撓度變化進行監測。

3.1 光電撓度儀

撓度監測采用MW-ND-X 光電撓度儀［1］，該設備融合“先進的高算力硬件平臺+攝影測量算法+光學系統”［2］，可進行二維實時測量，具有測量精度高、測量范圍大、體積小、集成度高、安裝施工簡便等特點，適用于長期、在線、多點自動監測。

3.2 測點布置方案

選取東側橋幅（左幅）第26跨和27跨布置測點，其中，在每孔每片T梁的跨中布置一個紅外目標靶，在每片T梁一端支座附近布置一個工業CCD攝像機［3］，保證每片梁上的紅外目標靶與工業CCD攝像機位置連線與該梁縱軸線位于同一豎直面上。全橋共布置6個目標靶、6個工業CCD攝像機，監測測點布置如圖1所示。

圖1 撓度監測測點布置圖

4 數據分析方法

4.1 數據分析整體過程

對原始數據進行頻域分析，認為低頻數據來源于溫度等長期荷載效應，高頻數據來源于車輛荷載。基于此，對原始數據進行低通濾波，可分別得到溫度等長期作用下的位移時程曲線及在車輛荷載等作用下的實際位移時程曲線。對車輛荷載作用下加固前跨中實測位移及加固后跨中實測位移進行最大值概率分布分析。

4.2 數據分析方法

4.2.1 低通濾波

低通濾波（Low-pass filter）是一種過濾方式，規則為低頻信號能正常通過，而超過設定臨界值的高頻信號則被阻隔、減弱，但是阻隔、減弱的幅度則會依據不同的頻率及不同的濾波程序（目的）而改變。它有的時候也被叫作高頻去除過濾（high-cut filter）或者最高去除過濾（treble-cut filter）。低通過濾是高通過濾的對立［4］。

低通濾波可以簡單地認為［5］：設定一個頻率點，當信號頻率高于這個頻率時，不能通過。在數字信號中，這個頻率點也就是截止頻率，當頻域高于這個截止頻率時，則全部賦值為0。因為在這一處理過程中，讓低頻信號全部通過，所以稱為低通濾波。

4.2.2 隨機過程最大值概率分布

對于結構的可靠性研究，人們特別關心基本變量在整個設計基準期［0，T］內出現最大（小）值的統計規律，從數學的角度，就是探討隨機過程在整個設計基準期內取最大值的概率分布問題［6］。

所謂隨機過程｛X（t），0≤t≤T｝在時間域［0，T］內的最大值XM=maxX（t）（0≤t≤T）是一個與t無關（當然跟T有關）的隨機變量，這種隨機變量XM 的概率分布FM（x）=P［XM≤x］=P［｛maxX（t）｝≤x］（0≤t≤T）就是隨機過程X（t）在時間域［0，T］內取得最大值的概率分布。

4.2.3 概率分布

概率指事件隨機發生的概率。對于均勻分布函數，概率分布=一段區間（事件的取值范圍）的概率÷該段區間的長度，它的值是非負的，可以很大也可以很小。對于隨機變量X的分布函數F（x），如果存在非負可積函數f（x），使得對任意實數x，有：

則X為連續型隨機變量，稱f（x）為X的概率分布函數，簡稱為概率分布。單純地講，概率分布沒有實際的意義，它必須有確定的有界區間為前提。可以把概率分布看成是縱坐標，區間看成是橫坐標，概率分布對區間的積分就是面積，而這個面積就是事件在這個區間發生的概率，所有面積的和為1。所以，單獨分析一個點的概率分布是沒有任何意義的，它必須要有區間作為參考和對比。

5 監測結論

5.1 T梁在車載作用下的撓度變化分析

通過對原始數據進行低通濾波，得出一天內（連續24h）各梁在車載作用下的撓度變化。其中，T 梁編號由左往右依次增加，正值代表上拱，負值代表下撓。可得出以下結論。

（1）第26 孔加固后，最大撓度值變小的有2#T 梁、3#T 梁、5#T 梁和6#T 梁，最大變化百分比為61%；加固后，最大撓度值變大的有1#T梁和4#T梁，最大變化百分比為50%。加固后各T梁撓度平均值小于加固前各T梁撓度平均值。

（2）第27 孔加固后，最大撓度值變小的有2#T 梁、3#T梁和4#T梁，最大變化百分比為61%；加固后，最大撓度值變大的有1#T 梁、5#T 梁和6#T 梁，最大變化百分比為45%。

5.2 基于極值樣本的撓度變化分析

監測期內，項目組采集的撓度數據樣本較大，對所有數據的最大值、最小值直接分析，易受到偶然因素的影響。因此，為提取有效分析樣本，采用極值樣本進行分析，取每分鐘的最大值組成極值樣本進行分析，可以得到各梁在重車作用下的響應狀況。

對加固前后概率分布峰值對應豎向變形值進行對比分析，可得出26孔和27孔T梁加固前后撓度變化趨勢。可得出以下結論。

（1）加固后，各T 梁撓度分布更為平均，邊梁撓度顯著增大，中梁撓度顯著減小，由此說明各T梁橫向分布更加均勻。

（2）其中，26 孔2#T 梁、3#T 梁和4#T 梁加固后，撓度極值樣本均值變小，分別減小了51%、60%、37%；1#、5#、6#T梁加固后，撓度極值樣本均值變大，分別增大了45%、17%、17%。27 孔2#T 梁、3#T 梁和4#T 梁加固后，撓度極值樣本均值變小，分別減小了34%、46%、28%；1#、5#、6#T梁加固后，撓度極值樣本均值變大，分別增大了56%、14%、38%。

6 加固效果評價

（1）通過對龐山湖特大橋左幅第26孔按方案二加固、第27孔按方案一加固，使得橫向各T梁能夠更好地協同受力。其中：第26 孔原有重車道T 梁降低37%～60%的承載負擔，原超車道、應急車道T 梁增加了17%～45%的承載負擔；第27孔原有重車道T梁降低了14%～46%的承載負擔，原超車道、應急車道T 梁增加了34%～56%的承載負擔。

（2）監測數據表明，采用既有加固方案，能夠明顯地改善T 梁橋的橫向受力剛度，較大地提升了橋梁承載能力。