庞山湖特大桥T梁横隔梁维修加固工程

秦中远

（苏州市高速公路管理有限公司 江苏 苏州 215000）

1 工程概况

苏州苏嘉杭高速公路是江苏省第一条以“省市共建，以市为主，股份制建路”模式实施的高速公路，全长100km，双向四车道，设计速度l20km/h，北接苏通长江公路大桥，南连浙江省乍嘉苏高速公路，途中与沿江、常昆、沪宁、绕城和沪苏浙5 条高速公路互通，是国家高速公路网“七射九纵十八横”主骨架中纵向“沈海高速”的并行线。

苏嘉杭高速公路主线桥梁共107座，其中，特大桥3座，大桥25座，中桥42座，小桥37座。上部结构形式共6种，其中，钢筋混凝土板共4座，含预应力混凝土空心板梁共85 座，含连续T 梁共15 座，含变截面连续箱梁共7 座，含等截面连续箱梁共9 座及组合箱梁共1座，含多种类型桥梁重复统计。

根据苏嘉杭高速公路全线桥梁定期检查结果，斜港特大桥、吴淞江特大桥、庞山湖特大桥、太浦河特大桥等15 座T 梁桥横隔梁存在不同程度损坏，中间横隔梁损坏较严重，个别中间位置横隔梁底的预埋钢板已外露锈蚀甚至脱焊，影响桥梁的运营安全。

本文对庞山湖特大桥预应力混凝土装配式连续T梁桥横隔梁进行维修加固设计，并针对横隔梁加固前后进行监测，形成加固效果评价，并以庞山湖特大桥左幅第26孔、第27孔横隔梁加固为例，进行加固效果评估。

2 加固方案简介

2.1 桥梁概况

庞山湖特大桥跨越大窑港，大窑港西接京杭大运河，向东经余家坝至芦墟与太浦河相通，是太湖水东排向的骨干河道之一。本桥上部结构采用预应力混凝土T形连续梁，先简支后结构连续，桥跨组合为（8×25）m+（7×23.5）m+（7×23.5）m+（5×25）m，全桥共4 联；下部结构采用双柱式墩、承台分离式台，基础均为钻孔灌注桩基础。桥梁设计荷载等级为汽车-超20级、挂车-120。桥面横向布置为：0.383m（护栏）+12.117m（行车道）+1.0m（护栏）+1.0m（中央分隔带）+1.0m（护栏）+12.117m（行车道）+0.383m（护栏）。

2.2 横隔梁病害

经检查，庞山湖特大桥T 梁端横隔梁存在竖向裂缝共453条，总长约为374.8m，缝宽为0.06～0.10mm间；中横隔梁存在破损共26处，部分中横隔梁底连接钢板外露锈蚀甚至错位，横桥向T 梁及横隔梁编号均从左往右进行。

2.3 加固方案

本桥采用了先简支后连续的预应力混凝土T梁标准化通用图设计《苏嘉杭高速公路江苏段桥涵通用设计图》。

苏嘉杭高速公路桥梁23.5m、25mT梁通用图中，横隔梁之间采用钢板焊接进行连接。中横隔梁预制时，预埋10mm厚V型钢板，用16mm厚的工地联结钢板进行焊接，每跨仅设一道中横隔梁；端横隔梁预埋12mm厚平直钢板，用16mm厚的工地联结钢板进行焊接；连续梁中间墩进行相邻端横隔梁之间混凝土的浇筑，形成整体的混凝土中间墩横隔梁。

根据单跨既有的横隔梁病害程度及数量，采用如表1所示的4种方案进行T梁横隔梁加固，提升T梁间的横向连接强度。

表1 横隔梁维修加固方案汇总表

庞山湖特大桥左幅第26孔、第27孔中横隔梁均存在梁底连接钢板外露锈蚀病害，3#中横隔梁存在一定的错位。根据横隔梁病害数量及程度，第27孔采取加固方案一、第26孔采取加固方案二进行加固。

3 监测方案和测点布置

基于庞山湖特大桥左幅第26 孔和第27 孔中横隔梁病害相对严重，对其加固前后挠度变化进行监测。

3.1 光电挠度仪

挠度监测采用MW-ND-X 光电挠度仪［1］，该设备融合“先进的高算力硬件平台+摄影测量算法+光学系统”［2］，可进行二维实时测量，具有测量精度高、测量范围大、体积小、集成度高、安装施工简便等特点，适用于长期、在线、多点自动监测。

3.2 测点布置方案

选取东侧桥幅（左幅）第26跨和27跨布置测点，其中，在每孔每片T梁的跨中布置一个红外目标靶，在每片T梁一端支座附近布置一个工业CCD摄像机［3］，保证每片梁上的红外目标靶与工业CCD摄像机位置连线与该梁纵轴线位于同一竖直面上。全桥共布置6个目标靶、6个工业CCD摄像机，监测测点布置如图1所示。

图1 挠度监测测点布置图

4 数据分析方法

4.1 数据分析整体过程

对原始数据进行频域分析，认为低频数据来源于温度等长期荷载效应，高频数据来源于车辆荷载。基于此，对原始数据进行低通滤波，可分别得到温度等长期作用下的位移时程曲线及在车辆荷载等作用下的实际位移时程曲线。对车辆荷载作用下加固前跨中实测位移及加固后跨中实测位移进行最大值概率分布分析。

4.2 数据分析方法

4.2.1 低通滤波

低通滤波（Low-pass filter）是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱，但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率及不同的滤波程序（目的）而改变。它有的时候也被叫作高频去除过滤（high-cut filter）或者最高去除过滤（treble-cut filter）。低通过滤是高通过滤的对立［4］。

低通滤波可以简单地认为［5］：设定一个频率点，当信号频率高于这个频率时，不能通过。在数字信号中，这个频率点也就是截止频率，当频域高于这个截止频率时，则全部赋值为0。因为在这一处理过程中，让低频信号全部通过，所以称为低通滤波。

4.2.2 随机过程最大值概率分布

对于结构的可靠性研究，人们特别关心基本变量在整个设计基准期［0，T］内出现最大（小）值的统计规律，从数学的角度，就是探讨随机过程在整个设计基准期内取最大值的概率分布问题［6］。

所谓随机过程｛X（t），0≤t≤T｝在时间域［0，T］内的最大值XM=maxX（t）（0≤t≤T）是一个与t无关（当然跟T有关）的随机变量，这种随机变量XM 的概率分布FM（x）=P［XM≤x］=P［｛maxX（t）｝≤x］（0≤t≤T）就是随机过程X（t）在时间域［0，T］内取得最大值的概率分布。

4.2.3 概率分布

概率指事件随机发生的概率。对于均匀分布函数，概率分布=一段区间（事件的取值范围）的概率÷该段区间的长度，它的值是非负的，可以很大也可以很小。对于随机变量X的分布函数F（x），如果存在非负可积函数f（x），使得对任意实数x，有：

则X为连续型随机变量，称f（x）为X的概率分布函数，简称为概率分布。单纯地讲，概率分布没有实际的意义，它必须有确定的有界区间为前提。可以把概率分布看成是纵坐标，区间看成是横坐标，概率分布对区间的积分就是面积，而这个面积就是事件在这个区间发生的概率，所有面积的和为1。所以，单独分析一个点的概率分布是没有任何意义的，它必须要有区间作为参考和对比。

5 监测结论

5.1 T梁在车载作用下的挠度变化分析

通过对原始数据进行低通滤波，得出一天内（连续24h）各梁在车载作用下的挠度变化。其中，T 梁编号由左往右依次增加，正值代表上拱，负值代表下挠。可得出以下结论。

（1）第26 孔加固后，最大挠度值变小的有2#T 梁、3#T 梁、5#T 梁和6#T 梁，最大变化百分比为61%；加固后，最大挠度值变大的有1#T梁和4#T梁，最大变化百分比为50%。加固后各T梁挠度平均值小于加固前各T梁挠度平均值。

（2）第27 孔加固后，最大挠度值变小的有2#T 梁、3#T梁和4#T梁，最大变化百分比为61%；加固后，最大挠度值变大的有1#T 梁、5#T 梁和6#T 梁，最大变化百分比为45%。

5.2 基于极值样本的挠度变化分析

监测期内，项目组采集的挠度数据样本较大，对所有数据的最大值、最小值直接分析，易受到偶然因素的影响。因此，为提取有效分析样本，采用极值样本进行分析，取每分钟的最大值组成极值样本进行分析，可以得到各梁在重车作用下的响应状况。

对加固前后概率分布峰值对应竖向变形值进行对比分析，可得出26孔和27孔T梁加固前后挠度变化趋势。可得出以下结论。

（1）加固后，各T 梁挠度分布更为平均，边梁挠度显著增大，中梁挠度显著减小，由此说明各T梁横向分布更加均匀。

（2）其中，26 孔2#T 梁、3#T 梁和4#T 梁加固后，挠度极值样本均值变小，分别减小了51%、60%、37%；1#、5#、6#T梁加固后，挠度极值样本均值变大，分别增大了45%、17%、17%。27 孔2#T 梁、3#T 梁和4#T 梁加固后，挠度极值样本均值变小，分别减小了34%、46%、28%；1#、5#、6#T梁加固后，挠度极值样本均值变大，分别增大了56%、14%、38%。

6 加固效果评价

（1）通过对庞山湖特大桥左幅第26孔按方案二加固、第27孔按方案一加固，使得横向各T梁能够更好地协同受力。其中：第26 孔原有重车道T 梁降低37%～60%的承载负担，原超车道、应急车道T 梁增加了17%～45%的承载负担；第27孔原有重车道T梁降低了14%～46%的承载负担，原超车道、应急车道T 梁增加了34%～56%的承载负担。

（2）监测数据表明，采用既有加固方案，能够明显地改善T 梁桥的横向受力刚度，较大地提升了桥梁承载能力。