深圳市某跨铁路线桥梁的改造加固与评估
1.工程概述
某跨铁路线桥梁由三座并行桥梁组成，中间为机动车桥梁，两侧为非机动车及人行道桥。机动车桥跨布置为21.3m+29.1m+21.3m(1984年建成)。非机动车及人行道桥桥跨布置为25m+35.2m+20m(1998年建成)，上部结构采用预应力混凝土组合工形梁。2004年根据道路改造的需要将该桥两侧非机动车道改为机动车道。
加固改造后荷载等级由原汽-15，挂-80，非机动车道及人行道4.0kPa，提升至汽车一超20，挂车-120，非机动车道及人行道4.0kPa。
2.改造加固项目
(1)桥面改造
原桥面宽9.5m，桥面布置为0.25m(人行栏杆)+9.0m(非机动车道及人行道)+0.25m(人行栏杆)。改造后加宽至10.483m，靠道路中心线侧增设0.333m宽防撞护栏；靠人行道外侧拓宽0.65m。改造后桥面布置为0.333 m(防撞护栏)+7.5m(机动车道)+2.5m(非机动车道及人行道)+0.15m(人行栏杆)。
(2)主梁加固
主跨35.2m梁跨中附近的主梁截面抗力不能满足受力要求，边跨20m梁抗裂性略有不足，在梁底位置贴碳纤维布加固。
各跨主梁腹板变厚处向跨中：35.2m梁在9.6m范围内，25m梁在7.1m范围内，20m梁在4.7m范围内，斜截面抗剪强度略有不足，故在相应截面腹板两侧贴一层碳纤维布加固。
(3)更换伸缩缝
按照改造后的桥面，重新安装伸缩缝。
(4)支座更换
加固后桥梁荷载加大，既有支座承载力不足，将支座按加固后的承载力进行更换，更换后的支座仍采用板式橡胶支座。
(5)盖梁加固
在盖梁两侧粘贴10 mm厚钢板，提高结构的抗剪能力。并在上缘通过精轧螺纹钢筋施加体外预应力，控制上缘裂缝，保证结构的耐久性。对于加固后盖梁上缘仍不能闭合的裂缝进行灌浆处理。
(6)桥墩加固
桥墩在横桥向弯矩作用下，裂缝宽度超出规范要求，需要加固。同时为了提高桥墩横桥向的刚度，改善桥梁的使用性能，将原直径为1.4m的圆柱通过外包10mm厚钢板改为2.2 m×1.6m椭圆柱，内灌混凝土。在上部与盖梁相连处，通过植入钢筋将加大的墩截面与盖梁连接；下部通过配筋与承台连接。
(7)桩基础加固
在原桩基础旁边增加14根直径为0.25m的微型桩，提高基础的承载能力和刚度。微型桩的桩底高程同原桩基础。
(8)增设承台
原有基础无承台，每个桥墩下新增4.3m×2.5m×1.5m承台，使新增微型桩与既有1.5m直径的桩共同受力。
3.加固效果评估
通过荷载试验的方式对结构加固后的状态进行评估，包括静载试验和动载试验两方面的工作。
3.1 静载试验
根据加固内容及目的，本次测试内容主要包括20m、25m、35m跨跨中承载能力测试，帽梁应变测试，墩柱应变测试，帽梁挠度测试。
(1)跨中承载能力测试
测试截面布置见图1，测点布置见图2(仅给出了35m跨测点布置情况)。
中跨35m梁实测应变沿截面高度的分布见图3，下缘部分抗裂测点与荷载效率关系见图4，图5给出了35m跨1、2 梁跨中挠度与荷载效率的关系。
(a) s2号墩柱及帽粱西侧测点布置
梁体的各项静载试验测试指标均满足试验规程的要求，试验荷载作用下梁体跨中截面的抗裂性、结构刚度满足要求，说明梁体承载能力满足汽超20、挂120的正常使用要求。
(2)桥墩、帽梁的变形测试
桥墩、帽梁的应变及挠度测点布置示意见图6。
各级试验荷载作用下帽梁的实测变形见图7。
帽梁及墩柱的各项静载试验测试指标均满足试验规程的要求，承载能力满足汽超20、挂120的正常使用要求。
3.2 动载试验
为了掌握结构加固后桥墩及基础的动力特征，对该桥S1
#、S2
#墩进行了动载测试。测试仅包括墩顶跳车试验和脉动试验。通过在墩顶布设测点，测试桥墩的竖向和横向动力响应；并对S2
#墩加固前后的测试结果进行了对比分析。图8、图9给出了S1
#墩、S2
#墩墩顶偏心跳车横向振动时域波形图。
跳车试验获得的桥墩竖向振动波形与加固前基本相同，基线稳定，跳车结束后，基线能很好的恢复原位。表明加固后桥墩的竖向振动主要是微小的弹性振动，桥墩及基础状态良好。
跳车试验获得的桥墩横向振动波形与加固前基本一致，但加固后振动波形的衰减比加固前要快。脉动试验获得S1
#墩、S2
#墩自振频率分别为12.11 Hz和12.01 Hz。S2
# 墩与加固前测试结果相比频率提高，说明S2
#墩墩柱基础的综合刚度较加固前变大。
从本次S1
# 、S2
# 桥墩的实测自振频率基本一致可知，两者状态还是十分接近的，可以推断S1
#桥墩的基础刚度较加固前有了提高。
4.结语
结构加固后，梁体、帽梁、墩柱等关键截面的静动力性能指标响应均正常，可以满足提高的荷载等级汽超20、挂120的正常运营要求。该桥改造加固后已运营近5年，桥梁状态良好，未出现结构性病害。说明加固措施得当，加固效果显著。
参考文献：
【1】中华人民共和国交通部，JTJ02l-89 公路桥涵设计通用规范[S]，北京 人民交通出版社 1989
【2】中华人民共和国交通部，JTJ023-85 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 1989
【3】交通部公路科学研究所、交通部公路局技术处等，大跨径混凝土桥梁的试验方法[M]，北京 人民交通出版社 1982
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