史各庄大桥维修与加固试验分析
2014-05-09胡爱敏
胡爱敏
（廊坊市交通勘察设计院 廊坊 065000）
史各庄桥建于1969年，桥梁全长522 m，采用37孔14.1 m钢筋混凝土T型梁。桥面全宽9 m（净7 m＋2×1.0 m），上部由5片T梁组成，见图1。
图1 构造布置示意图（单位：c m）
该桥曾于1976年唐山大地震后（震级7.8级）进行维修，G106线改线后，一直作为县乡道路桥梁使用。受多年重载交通作用和结构自身劣化影响，梁体出现变形、超限裂缝和支座活动不足等病害，已不能适应现代交通的需要，需维修改造。经现场勘察，桥梁上下部结构均有不同程度的破损。由于设计荷载情况不详，需对桥梁上、下部进行荷载试验，确定桥梁的荷载等级以及适宜的维修、加固方案。
1 旧桥结构情况
1.1 旧桥概况
上部结构为简支T梁结构，梁长14.06 m，计算跨径l0＝1 370 c m，梁高h＝85 c m，肋宽b＝18 c m，翼板宽bf＝158 c m，经采用回弹法鉴定主梁混凝土强度等级为C25，参照1973年汽车-15级标准图，该T梁跨中截面配筋为4Φ32＋4Φ16，L／4截面配筋为2Φ22。T梁仅在端部设置2道横隔板，无中横隔板。下部结构为桩柱式墩台基础，经回弹法鉴定盖梁混凝土C25、墩柱及桩基础C20。盖梁采用T型截面，端部高70 c m，跨中为75 c m，肋宽b＝40 c m，翼板宽bf＝90 c m，高hf＝30 c m，跨中截面配筋为4Φ25，见图2。
图2 下部构造布置示意图（单位：c m）
1.2 桥梁病害
1.2.1 主梁裂缝
主梁侧面出现不规则裂缝，方向为竖向，初始最大缝宽为0.08 mm，大型车辆通过时，裂缝有所拓展，达到0.16 mm，根据规定［1］：钢筋混凝土构件最大裂缝宽度0.2 mm，在允许范围之内。
1.2.2 梁端支座
该桥活动支座采用钢筋混凝土摆柱式支座，固定支座为油毛毡支座。固定支座处由于支座限制了主梁的水平位移，致使主梁下的盖梁出现剪切破损。
1.2.3 桥墩墩柱
该桥经历1976年唐山地震，各桥墩北侧在距地面90 c m位置出现横向剪切裂缝。
2 荷载试验
2.1 试验目的
根据该桥所在的重要区域位置、修建历史及工作特性，对桥梁上部结构进行静、动载试验，测定其在汽车-15级设计荷载作用下桥梁结构体系的实际工作状态和性能，判定该桥对汽车15级的符合性，为桥梁维修加固提供可靠依据。
2.2 测试部位
（1）主梁正截面应变及挠度测试截面：4孔1～3号梁跨中。
（2）盖梁正截面应变及挠度测试截面：5个墩柱盖梁跨中及盖梁悬臂根部。
（3）墩柱沉降测试位置：4号和5号墩西侧墩柱。
2.3 加载车轴重、轴距
见表1。
表1 加载车特性表
2.4 加载工况
2.4.1 上部结构
主要布置在主梁跨中截面，分为3种工况。
工况1：单列偏载，顺桥向中轴在跨中。
工况2：双列偏载，顺桥向中轴在跨中。
工况3：双列对称，顺桥向中轴在跨中。
各种工况引起的各梁弯矩见表2。
表2 工况1～3引起的各梁弯矩 k N·m
2.4.2 下部结构
主要布置在盖梁跨中截面和墩顶截面，跨中截面分2种工况。
工况4：东风车单列偏载，东风车主轮位于盖梁跨中。
工况5：双列偏载，东风车内侧主轮位于盖梁跨中。
2种工况盖梁跨中截面弯矩值见表3。
表3 工况4～5盖梁弯矩 k N·m
盖梁墩柱顶截面跨中截面主要采用工况6，即单列偏载，桥中轴在支点。此时墩柱反力为294.72 k N，盖梁墩柱顶截面处负弯矩为96.56 k N·m。
2.4.3 墩柱反力
主要分为2种工况，除采用了工况6，还设置了工况7，布载特点是双列偏载，顺桥向中轴在支点。此时墩柱反力值为404.54 k N。在汽车-15级作用下，墩顶反力值为408.9 k N。
2.4.4 加载效率
经理论计算与实际加载计算，主梁跨中弯矩和挠度加载效率为1.21～1.31，墩柱反力加载效率为0.99。加载效率均在规范允许范围之内［2］。
3 测试结果及分析
3.1 主梁
各主梁在各种工况下的位移和应变情况见表4，表5。
表4 各工况下各梁位移 mm
由表4可见，双偏荷载下各梁的实测位移比较均匀且校验系数非常接近（在0.23～0.26之间），符合横向分布规律，说明主梁间有较大的横向刚度；各梁的实测位移远远小于理论计算值，最大校验系数为0.53，说明主梁结构仍在弹性范围内工作，结构刚度满足设计要求且有较大储备。
表5 各工况下各梁应变校验系数
由表5可见，各主梁梁底测点应变的校验系数为0.27～0.63，说明主梁在汽车荷载作用下仍处于弹性工作状态，次边梁（2号梁）较边梁和中梁承受较大的荷载，承载性能较弱。由应变与梁高的分布可知：截面沿肋高方向的混凝土应变基本属线弹性变化，且均小于理论计算值，实测中性轴位置比理论计算的中性轴低，说明主梁有较好的应力储备。
3.2 墩柱沉降
加载沉降观测数值见表6。
表6 桥墩墩柱沉降分析
墩柱最大沉降为0.32 mm和0.27 mm，卸载后残余沉降为0.145 mm，故在竖向力作用下，桩基长度满足要求。
3.3 盖梁
通过对盖梁单列及双列偏载试验，经计算得出盖梁跨中挠度，见表7。
表7 盖梁跨中挠度分析 mm
由表7可见，盖梁跨中挠度实测值远小于理论值。
盖梁跨中和悬臂根处应变测试结果见表8、表9。
表8 盖梁跨中应变
表9 盖梁悬臂根部应变
由表8，9可见，盖梁跨中和悬臂根部应变实测值远小于理论值。
同时动载试验表明，结构的自振频率为4.688 Hz，均大于规范（苏联CH－200）规定的梁式桥自振频率最低值3.33 Hz（注：我国规范无此规定，一般认为大于2.0 Hz即可）。桥梁计算理论频率为6.939，实测频率与理论频率之比为0.67，说明结构整体刚度一般。
3.4 试验结论
（1）各工况下的主梁应变及挠度校验系数均低于《大跨径混凝土桥梁的试验方法》［3］中规定的1.05的上限。说明桥梁结构在设计荷载作用下，结构处于弹性工作阶段，该桥构件刚度和强度有较大储备，满足汽-15级的要求。
（2）在汽-15级荷载作用下，桩基最大沉降0.32 mm，桩基入土深度满足要求。
（3）桥墩盖梁的应变及挠度校验系数均很低，故桥墩盖梁满足要求。
同时动载试验结果表明，由于主梁间仅设端横隔梁，故桥梁的整体刚度较差。
4 加固维修方案确定与实施
依据检测报告并结合过去成熟的加固维修经验，针对桥梁所在地实际，确定桥梁的荷载等级为汽车-15级，并明确加固维修方案为：
（1）增加主梁整体刚度，主梁跨中增设一道横隔梁。
（2）更换主梁原有的摆柱式支座及油毛毡支座为板式橡胶支座。
（3）对桥墩柱出现剪切破坏的进行桩柱穿裙加固，以加大抗剪截面。
（4）拆除桥面铺装、人行道及栏杆后，进行桥面铺装整合维修。
［1］ JTG D62－2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.
［2］ JTG／T J22－2008公路桥梁加固设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2008.
［3］ 交通部公路研究所.大跨径混凝土桥梁的试验方法［Z］.北京：交通部公路科研所，1982.
