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石羊江橋最早建于1972年，全橋長108 m，跨徑為5×21．6 m；1986年，在一次洪水中，該橋南部橋臺被沖垮。1987年，增設(shè)1個橋墩(5號墩)及1個橋跨(6號跨)，橋全長增加到122 m，跨數(shù)增加到6跨(見圖1)。 


    1～5跨上部結(jié)構(gòu)由5片鋼筋混凝土T形簡支梁及混凝土橋面組成，新的第6跨為簡支微彎板，橋墩由鋼筋混凝土雙柱組成，基礎(chǔ)為大直徑鉆孔樁(1，2，3，5號墩)和排樁基礎(chǔ)(4號墩)，原橋東邊橋臺及新建橋臺均為漿砌U形臺。原橋設(shè)計及后來的重建工作都沒有考慮地震力效應(yīng)，該橋在中到大震下的抗倒塌能力很低。 

    該橋使用過程中，橋面板及混凝土梁出現(xiàn)許多病害，限載為單車道通行。在對該橋進行舊橋承載能力加固的同時進行抗震加固。 

2橋梁現(xiàn)狀的評估 
2．1地震烈度和抗震設(shè)防等級 
    石羊江橋位于玉溪至楚雄三級公路上，橋位地震烈度為7度，地面峰值水平加速度0．1g。根據(jù)最新的中國公路橋梁抗震設(shè)計規(guī)范(送審稿，以下簡稱中國新規(guī)范)，石羊江橋分類為B類，抗震設(shè)防等級提升為8度。 

2．2地基土情況及原始地質(zhì)勘查情況評價 
    1987年石羊江橋修復(fù)報告中，對該橋的地基土描述如下：從河床至4．6 m深的范圍內(nèi)為砂子和礫石混合層；砂礫層以下為4．3 m厚的純砂層；以下為4 m厚的風(fēng)化砂巖層，再往下為基巖層。 

    地基土按中國新規(guī)范分類為Ⅲ類土。原始地質(zhì)勘查情況表明，該橋地基土低液化，符合設(shè)計要求抗震加固設(shè)計中未再進行地質(zhì)情況勘察。 

3橋梁抗震評價 
3．1抗震評估 
    該橋的抗震評估分為以下幾個步驟： 

    (1)根據(jù)場地條件及地面峰值水平加速度確定出設(shè)計反應(yīng)譜； 

    (2)根據(jù)橋梁的有效抗彎剛度，并同時考慮結(jié)構(gòu)和地基土的相互作用，利用振型分解法求得所有柱的位移限值； 

    (3)對單柱或整橋進行Push-over分析，獲得單柱或整橋的位移； 

    (4)根據(jù)Push-over分析結(jié)果，并考慮上部力的效應(yīng)，得出抗彎能力。 

    該橋的彈性振型分解法分析及非線性Push—over分析用SAP2000計算程序進行，墩柱的滯回曲線分析用Ccfyber2004計算程序進行，同時用Ucfy—ber程序進行驗證。 

     現(xiàn)場混凝土回彈及混凝土鉆芯取樣的抗壓強度試驗均表明：混凝土現(xiàn)狀的強度要大于設(shè)計強度。在確定結(jié)構(gòu)的材料屬性時仍假定為橋梁修建時的強度。 

    石羊江橋橋面設(shè)有3道伸縮縫，位于兩岸橋臺及4號墩處。通過選其中的某一跨進行模擬分析來實現(xiàn)對整橋的抗震分析，選擇2道伸縮縫之間的橋跨部分代表全橋結(jié)構(gòu)。抗震加固設(shè)計中利用桿系模型代替實體模型見圖2，進行縱向和橫向的彈性反應(yīng)譜分析及Push-over分析。 


    墩柱抗剪強度的評定依據(jù)加州抗震設(shè)計規(guī)范中對設(shè)計強度的要求進行。本文對4號墩和5號墩的抗剪裝置進行了分析，分析時考慮了以下3種可能的失效模型：①剪切摩擦型；②剪彎型；③壓桿一拉桿型。 

3．2評定結(jié)果 
    根據(jù)抗震分析以及橋位現(xiàn)場觀測結(jié)果，石羊江橋存在以下不足之處： 

    (1)橋臺及墩柱支座支承長度不足； 

    (2)4號、5號墩橫向抗剪裝置不足； 

    (3)1，2，3號墩以及2個橋臺均無橫向抗剪裝置； 

    (4)擺柱式支座抗震強度不足； 

    (5)墩柱塑性鉸區(qū)域配筋不足； 

    (6)柱底及與樁連接處的縱向鋼筋不足。 

4抗震加固方案的制定 
4．1加固方案 
    綜合考慮既滿足提高該橋抗震性能，又便于現(xiàn)場實施，在節(jié)省投資的前提下，采用的方案為： 

    (1)除了第5跨和第6跨之問的節(jié)點保留外，去掉所有橋面板間的節(jié)點； 

    (2)重建1～5跨間破損的混凝土橋面板，橋面由原來的簡支變?yōu)檫B續(xù)結(jié)構(gòu)； 

    (3)將現(xiàn)有橋臺由傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)改成與橋梁成半整體的結(jié)構(gòu)，采用國際上的新作法——半整體式橋臺； 

    (4)將橋臺處T形梁端聯(lián)接成一個整體； 

    (5)安裝縱向拉桿將第5跨和第6跨聯(lián)接在一起； 

    (6)橋墩及橋臺上安裝鋼筋混凝土抗剪裝置； 

    (7)擺柱式鋼支座外包鋼筋混凝土，進行防失穩(wěn)加固； 

    (8)在2號墩、3號墩與樁節(jié)點處增加鋼筋混凝土套筒。 

4．2加固方案的創(chuàng)新點 
    (1)1～5跨的橋面板由簡支變連續(xù)，不僅提高了橋梁抗震能力，而且橋梁的承載能力及服務(wù)狀況有了極大的提高。橋面板變連續(xù)方案的優(yōu)點包括： 

    ①消除了維護保養(yǎng)橋面板節(jié)點的費用；②活載產(chǎn)生的彎矩重新分布，因此降低了T形梁對正彎矩限值的要求，提高了橋梁的承載能力；③拉桿在縱向?qū)⒑喼Я郝?lián)系在一起，減少了縱向防落梁約束裝置；④減少了行車引起的橋梁振動，行車舒適。 

    (2)引入了半整體式橋臺這一原理及將相鄰的橋臺處T梁端聯(lián)接成一個整體。半整體式橋臺原理自20世紀90年代以來已在北美新建橋梁上得到應(yīng)用，但用于舊橋修復(fù)加固還不多見，采用該結(jié)構(gòu)可帶來以下好處：①消除了T梁端和橋臺臺帽之間的節(jié)點；②將有效地使被動土壓力抵消結(jié)構(gòu)的反力，使橋梁內(nèi)力直接傳遞給地基土，從而降低了橋梁抗震對結(jié)構(gòu)的要求；③在沒有改變橋臺臺帽寬度的情況下，能提供額外的支撐長度；④能較好地促進活載的橫向分布。 

    同樣地，通過將相鄰的橋臺處T梁端聯(lián)接成一個整體及橋面變連續(xù)，在地震力作用下，對橋梁上部結(jié)構(gòu)而言有“拉一回”體系的作用；阻止橋臺回填物沉降引起的不利效應(yīng)；降低側(cè)向土壓力和活載共同作用對橋臺產(chǎn)生的影響，改善橋臺的受力。 

    (3)加固方案的施工可行性。最終推薦的加固方案都是比較常規(guī)的、利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的設(shè)備及原材料就可以實現(xiàn)，便于施工實施。 

5抗震加固設(shè)計 
    混凝土套筒、半整體式橋臺、縱向約束設(shè)計及擺柱式鋼支座外包鋼筋混凝土設(shè)計。 


6 結(jié) 論 
    石羊江橋抗震加固工程于2005年8月30日完成。加固前該橋抗震性能評估等級R=V×E=28，加固后，R=14；經(jīng)對該橋抗震性能計算分析，石羊江橋加固后主要受力構(gòu)件墩柱的抗彎和抗剪能力均能滿足設(shè)計地震E2的需求，擋塊、橋臺等能力保護構(gòu)件也能滿足設(shè)計地震的要求；加固前后自振特性測試表明，加固后豎向振動頻率一階提高6．6％，相應(yīng)阻尼比一階降低33％，橫向振動頻率一階提高14.6％，相應(yīng)阻尼比一階降低34％，加固前后縱橋向振動頻率變化很小，即抗震加固后橋梁結(jié)構(gòu)豎向、橫向剛度以及整體受力性能得到較大提高。