龐山湖特大橋T梁橫隔梁維修加固工程

秦中遠(yuǎn)

（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(shí)施的高速公路，全長(zhǎng)100km，雙向四車道，設(shè)計(jì)速度l20km/h，北接蘇通長(zhǎng)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(guó)家高速公路網(wǎng)“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(jié)構(gòu)形式共6種，其中，鋼筋混凝土板共4座，含預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁共85 座，含連續(xù)T 梁共15 座，含變截面連續(xù)箱梁共7 座，含等截面連續(xù)箱梁共9 座及組合箱梁共1座，含多種類型橋梁重復(fù)統(tǒng)計(jì)。

根據(jù)蘇嘉杭高速公路全線橋梁定期檢查結(jié)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(yán)重，個(gè)別中間位置橫隔梁底的預(yù)埋鋼板已外露銹蝕甚至脫焊，影響橋梁的運(yùn)營(yíng)安全。

本文對(duì)龐山湖特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式連續(xù)T梁橋橫隔梁進(jìn)行維修加固設(shè)計(jì)，并針對(duì)橫隔梁加固前后進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成加固效果評(píng)價(jià)，并以龐山湖特大橋左幅第26孔、第27孔橫隔梁加固為例，進(jìn)行加固效果評(píng)估。

2 加固方案簡(jiǎn)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(yùn)河，向東經(jīng)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(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形連續(xù)梁，先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)，橋跨組合為（8×25）m+（7×23.5）m+（7×23.5）m+（5×25）m，全橋共4 聯(lián)；下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩、承臺(tái)分離式臺(tái)，基礎(chǔ)均為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-超20級(jí)、掛車-120。橋面橫向布置為：0.383m（護(hù)欄）+12.117m（行車道）+1.0m（護(hù)欄）+1.0m（中央分隔帶）+1.0m（護(hù)欄）+12.117m（行車道）+0.383m（護(hù)欄）。

2.2 橫隔梁病害

經(jīng)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(zhǎng)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(cuò)位，橫橋向T 梁及橫隔梁編號(hào)均從左往右進(jìn)行。

2.3 加固方案

本橋采用了先簡(jiǎn)支后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁標(biāo)準(zhǔn)化通用圖設(shè)計(jì)《蘇嘉杭高速公路江蘇段橋涵通用設(shè)計(jì)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(jìn)行連接。中橫隔梁預(yù)制時(shí)，預(yù)埋10mm厚V型鋼板，用16mm厚的工地聯(lián)結(jié)鋼板進(jìn)行焊接，每跨僅設(shè)一道中橫隔梁；端橫隔梁預(yù)埋12mm厚平直鋼板，用16mm厚的工地聯(lián)結(jié)鋼板進(jìn)行焊接；連續(xù)梁中間墩進(jìn)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(jù)單跨既有的橫隔梁病害程度及數(shù)量，采用如表1所示的4種方案進(jìn)行T梁橫隔梁加固，提升T梁間的橫向連接強(qiáng)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(cuò)位。根據(jù)橫隔梁病害數(shù)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(jìn)行加固。

3 監(jiān)測(cè)方案和測(cè)點(diǎn)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(duì)嚴(yán)重，對(duì)其加固前后撓度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1 光電撓度儀

撓度監(jiān)測(cè)采用MW-ND-X 光電撓度儀［1］，該設(shè)備融合“先進(jìn)的高算力硬件平臺(tái)+攝影測(cè)量算法+光學(xué)系統(tǒng)”［2］，可進(jìn)行二維實(shí)時(shí)測(cè)量，具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大、體積小、集成度高、安裝施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，適用于長(zhǎng)期、在線、多點(diǎn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置方案

選取東側(cè)橋幅（左幅）第26跨和27跨布置測(cè)點(diǎn)，其中，在每孔每片T梁的跨中布置一個(gè)紅外目標(biāo)靶，在每片T梁一端支座附近布置一個(gè)工業(yè)CCD攝像機(jī)［3］，保證每片梁上的紅外目標(biāo)靶與工業(yè)CCD攝像機(jī)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(gè)目標(biāo)靶、6個(gè)工業(yè)CCD攝像機(jī)，監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 撓度監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 數(shù)據(jù)分析方法

4.1 數(shù)據(jù)分析整體過(guò)程

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，認(rèn)為低頻數(shù)據(jù)來(lái)源于溫度等長(zhǎng)期荷載效應(yīng)，高頻數(shù)據(jù)來(lái)源于車輛荷載?；诖?，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，可分別得到溫度等長(zhǎng)期作用下的位移時(shí)程曲線及在車輛荷載等作用下的實(shí)際位移時(shí)程曲線。對(duì)車輛荷載作用下加固前跨中實(shí)測(cè)位移及加固后跨中實(shí)測(cè)位移進(jìn)行最大值概率分布分析。

4.2 數(shù)據(jù)分析方法

4.2.1 低通濾波

低通濾波（Low-pass filter）是一種過(guò)濾方式，規(guī)則為低頻信號(hào)能正常通過(guò)，而超過(guò)設(shè)定臨界值的高頻信號(hào)則被阻隔、減弱，但是阻隔、減弱的幅度則會(huì)依據(jù)不同的頻率及不同的濾波程序（目的）而改變。它有的時(shí)候也被叫作高頻去除過(guò)濾（high-cut filter）或者最高去除過(guò)濾（treble-cut filter）。低通過(guò)濾是高通過(guò)濾的對(duì)立［4］。

低通濾波可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為［5］：設(shè)定一個(gè)頻率點(diǎn)，當(dāng)信號(hào)頻率高于這個(gè)頻率時(shí)，不能通過(guò)。在數(shù)字信號(hào)中，這個(gè)頻率點(diǎn)也就是截止頻率，當(dāng)頻域高于這個(gè)截止頻率時(shí)，則全部賦值為0。因?yàn)樵谶@一處理過(guò)程中，讓低頻信號(hào)全部通過(guò)，所以稱為低通濾波。

4.2.2 隨機(jī)過(guò)程最大值概率分布

對(duì)于結(jié)構(gòu)的可靠性研究，人們特別關(guān)心基本變量在整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期［0，T］內(nèi)出現(xiàn)最大（?。┲档慕y(tǒng)計(jì)規(guī)律，從數(shù)學(xué)的角度，就是探討隨機(jī)過(guò)程在整個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)取最大值的概率分布問(wèn)題［6］。

所謂隨機(jī)過(guò)程｛X（t），0≤t≤T｝在時(shí)間域［0，T］內(nèi)的最大值XM=maxX（t）（0≤t≤T）是一個(gè)與t無(wú)關(guān)（當(dāng)然跟T有關(guān)）的隨機(jī)變量，這種隨機(jī)變量XM 的概率分布FM（x）=P［XM≤x］=P［｛maxX（t）｝≤x］（0≤t≤T）就是隨機(jī)過(guò)程X（t）在時(shí)間域［0，T］內(nèi)取得最大值的概率分布。

4.2.3 概率分布

概率指事件隨機(jī)發(fā)生的概率。對(duì)于均勻分布函數(shù)，概率分布=一段區(qū)間（事件的取值范圍）的概率÷該段區(qū)間的長(zhǎng)度，它的值是非負(fù)的，可以很大也可以很小。對(duì)于隨機(jī)變量X的分布函數(shù)F（x），如果存在非負(fù)可積函數(shù)f（x），使得對(duì)任意實(shí)數(shù)x，有：

則X為連續(xù)型隨機(jī)變量，稱f（x）為X的概率分布函數(shù)，簡(jiǎn)稱為概率分布。單純地講，概率分布沒(méi)有實(shí)際的意義，它必須有確定的有界區(qū)間為前提。可以把概率分布看成是縱坐標(biāo)，區(qū)間看成是橫坐標(biāo)，概率分布對(duì)區(qū)間的積分就是面積，而這個(gè)面積就是事件在這個(gè)區(qū)間發(fā)生的概率，所有面積的和為1。所以，單獨(dú)分析一個(gè)點(diǎn)的概率分布是沒(méi)有任何意義的，它必須要有區(qū)間作為參考和對(duì)比。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)論

5.1 T梁在車載作用下的撓度變化分析

通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行低通濾波，得出一天內(nèi)（連續(xù)24h）各梁在車載作用下的撓度變化。其中，T 梁編號(hào)由左往右依次增加，正值代表上拱，負(fù)值代表下?lián)稀？傻贸鲆韵陆Y(jié)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(jiān)測(cè)期內(nèi)，項(xiàng)目組采集的撓度數(shù)據(jù)樣本較大，對(duì)所有數(shù)據(jù)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(jìn)行分析，取每分鐘的最大值組成極值樣本進(jìn)行分析，可以得到各梁在重車作用下的響應(yīng)狀況。

對(duì)加固前后概率分布峰值對(duì)應(yīng)豎向變形值進(jìn)行對(duì)比分析，可得出26孔和27孔T梁加固前后撓度變化趨勢(shì)?？傻贸鲆韵陆Y(jié)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(shuō)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(píng)價(jià)

（1）通過(guò)對(duì)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(xié)同受力。其中：第26 孔原有重車道T 梁降低37%～60%的承載負(fù)擔(dān)，原超車道、應(yīng)急車道T 梁增加了17%～45%的承載負(fù)擔(dān)；第27孔原有重車道T梁降低了14%～46%的承載負(fù)擔(dān)，原超車道、應(yīng)急車道T 梁增加了34%～56%的承載負(fù)擔(dān)。

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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。