石羊江橋最早建于1972年，全橋長(zhǎng)108 m，跨徑為5×21．6 m；1986年，在一次洪水中，該橋南部橋臺(tái)被沖垮。1987年，增設(shè)1個(gè)橋墩(5號(hào)墩)及1個(gè)橋跨(6號(hào)跨)，橋全長(zhǎng)增加到122 m，跨數(shù)增加到6跨(見(jiàn)圖1)。 


    1～5跨上部結(jié)構(gòu)由5片鋼筋混凝土T形簡(jiǎn)支梁及混凝土橋面組成，新的第6跨為簡(jiǎn)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(hào)墩)和排樁基礎(chǔ)(4號(hào)墩)，原橋東邊橋臺(tái)及新建橋臺(tái)均為漿砌U形臺(tái)。原橋設(shè)計(jì)及后來(lái)的重建工作都沒(méi)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(guò)程中，橋面板及混凝土梁出現(xiàn)許多病害，限載為單車(chē)道通行。在對(duì)該橋進(jìn)行舊橋承載能力加固的同時(shí)進(jìn)行抗震加固。 

2橋梁現(xiàn)狀的評(píng)估 
2．1地震烈度和抗震設(shè)防等級(jí) 
    石羊江橋位于玉溪至楚雄三級(jí)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(guó)公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(送審稿，以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)新規(guī)范)，石羊江橋分類(lèi)為B類(lèi)，抗震設(shè)防等級(jí)提升為8度。 

2．2地基土情況及原始地質(zhì)勘查情況評(píng)價(jià) 
    1987年石羊江橋修復(fù)報(bào)告中，對(duì)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(guó)新規(guī)范分類(lèi)為Ⅲ類(lèi)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(jì)要求抗震加固設(shè)計(jì)中未再進(jìn)行地質(zhì)情況勘察。 

3橋梁抗震評(píng)價(jià) 
3．1抗震評(píng)估 
    該橋的抗震評(píng)估分為以下幾個(gè)步驟： 

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

    (2)根據(jù)橋梁的有效抗彎剛度，并同時(shí)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(duì)單柱或整橋進(jìn)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(jì)算程序進(jìn)行，墩柱的滯回曲線分析用Ccfyber2004計(jì)算程序進(jìn)行，同時(shí)用Ucfy—ber程序進(jìn)行驗(yàn)證。 

     現(xiàn)場(chǎng)混凝土回彈及混凝土鉆芯取樣的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)均表明：混凝土現(xiàn)狀的強(qiáng)度要大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在確定結(jié)構(gòu)的材料屬性時(shí)仍假定為橋梁修建時(shí)的強(qiáng)度。 

    石羊江橋橋面設(shè)有3道伸縮縫，位于兩岸橋臺(tái)及4號(hào)墩處。通過(guò)選其中的某一跨進(jìn)行模擬分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)中利用桿系模型代替實(shí)體模型見(jiàn)圖2，進(jìn)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(qiáng)度的評(píng)定依據(jù)加州抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求進(jìn)行。本文對(duì)4號(hào)墩和5號(hào)墩的抗剪裝置進(jìn)行了分析，分析時(shí)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(píng)定結(jié)果 
    根據(jù)抗震分析以及橋位現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，石羊江橋存在以下不足之處： 

    (1)橋臺(tái)及墩柱支座支承長(zhǎng)度不足； 

    (2)4號(hào)、5號(hào)墩橫向抗剪裝置不足； 

    (3)1，2，3號(hào)墩以及2個(gè)橋臺(tái)均無(wú)橫向抗剪裝置； 

    (4)擺柱式支座抗震強(qiáng)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(chǎng)實(shí)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(wèn)的節(jié)點(diǎn)保留外，去掉所有橋面板間的節(jié)點(diǎn)； 

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

    (3)將現(xiàn)有橋臺(tái)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(guó)際上的新作法——半整體式橋臺(tái)； 

    (4)將橋臺(tái)處T形梁端聯(lián)接成一個(gè)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(tái)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(jìn)行防失穩(wěn)加固； 

    (8)在2號(hào)墩、3號(hào)墩與樁節(jié)點(diǎn)處增加鋼筋混凝土套筒。 

4．2加固方案的創(chuàng)新點(diǎn) 
    (1)1～5跨的橋面板由簡(jiǎn)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(diǎn)包括： 

    ①消除了維護(hù)保養(yǎng)橋面板節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用；②活載產(chǎn)生的彎矩重新分布，因此降低了T形梁對(duì)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?jiǎn)支梁聯(lián)系在一起，減少了縱向防落梁約束裝置；④減少了行車(chē)引起的橋梁振動(dòng)，行車(chē)舒適。 

    (2)引入了半整體式橋臺(tái)這一原理及將相鄰的橋臺(tái)處T梁端聯(lián)接成一個(gè)整體。半整體式橋臺(tái)原理自20世紀(jì)90年代以來(lái)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(jiàn)，采用該結(jié)構(gòu)可帶來(lái)以下好處：①消除了T梁端和橋臺(tái)臺(tái)帽之間的節(jié)點(diǎn)；②將有效地使被動(dòng)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(duì)結(jié)構(gòu)的要求；③在沒(méi)有改變橋臺(tái)臺(tái)帽寬度的情況下，能提供額外的支撐長(zhǎng)度；④能較好地促進(jìn)活載的橫向分布。 

    同樣地，通過(guò)將相鄰的橋臺(tái)處T梁端聯(lián)接成一個(gè)整體及橋面變連續(xù)，在地震力作用下，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)而言有“拉一回”體系的作用；阻止橋臺(tái)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(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的影響，改善橋臺(tái)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(shí)現(xiàn)，便于施工實(shí)施。 

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


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(píng)估等級(jí)R=V×E=28，加固后，R=14；經(jīng)對(duì)該橋抗震性能計(jì)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(jì)地震E2的需求，擋塊、橋臺(tái)等能力保護(hù)構(gòu)件也能滿足設(shè)計(jì)地震的要求；加固前后自振特性測(cè)試表明，加固后豎向振動(dòng)頻率一階提高6．6％，相應(yīng)阻尼比一階降低33％，橫向振動(dòng)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(dòng)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。