一、橋梁概況
該橋橋跨組合為3×10m +3×13m；上部構(gòu)造均為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁；下部構(gòu)造為實(shí)體式橋臺和柱式墩、樁基礎(chǔ)。原設(shè)計(jì)是鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，由于地質(zhì)原因，在原0#號側(cè)增加了3跨10m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁、0#臺為承臺式橋臺。本橋采用XF-80型伸縮縫，左、右幅均有264個圓板坡型球面橡膠支座。
二、主要病害
1、橋墩、橋臺：
右幅3、4號橋墩墩柱一側(cè)出現(xiàn)半環(huán)狀橫向裂縫，墩柱向開裂一側(cè)偏移最大約5cm； 左幅3號橋墩出現(xiàn)2條半環(huán)狀橫向裂縫, 3、4號墩墩身的中下部有2～3條裂縫修補(bǔ)痕跡，且修補(bǔ)后重新開裂，左幅3、4號橋墩墩柱向開裂一側(cè)偏移最大約3cm。
2、支座：
部分支座存在偏壓、剪切變形等病害，個別支座懸出墊石。
3、臺前護(hù)坡：
左、右幅6號臺臺前護(hù)坡均下沉3cm。
三、舊橋驗(yàn)算
根據(jù)橋梁構(gòu)件實(shí)際截面尺寸，按照空間實(shí)用理論轉(zhuǎn)化為空間桿系，縱梁按空心板截面模擬,橫梁按工字型截面模擬，板間橫向聯(lián)系考慮為鉸接僅傳遞軸向力不傳遞彎矩。橋梁支座按等剛度彈簧模擬，樁與土間作用按“m”法換算成節(jié)點(diǎn)彈性支承?？紤]了恒載、汽車荷載、掛車荷載、整體升降溫、升降溫溫度梯度、制動力、支座摩阻力和水平土壓力荷載對橋梁的作用。橋梁主要計(jì)算參數(shù)如下表所列：
表1 橋梁主要計(jì)算參數(shù)及荷載表
主要計(jì)算參數(shù)
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主梁40號混凝土；蓋梁、墩臺柱30號混凝土；樁基、承臺25號混凝土。
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整體升溫：25℃；整體降溫：-25℃
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升溫梯度：T1=17.6℃、T2=6.22℃；降溫梯度：T1=-8.8℃、T2=-3.11℃
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土容重：18KN/m3
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土內(nèi)摩擦角：25o
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支座摩擦系數(shù)：0.2
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設(shè)計(jì)荷載：汽車超20，掛120
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全橋離散為2734個單元，2231個節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)離散圖如下：
圖1 全橋結(jié)構(gòu)有限元分析模型
針對橋梁下部結(jié)構(gòu)病害，依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ023-85）對右幅3＃、4＃墩進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如下：
圖2 3號墩最大彎矩包絡(luò)圖 圖3 4號墩最大彎矩包絡(luò)圖
表2 加固前橋墩驗(yàn)算匯總表
右幅3＃墩抗彎承載能力驗(yàn)算
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彎矩(KN.m)
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Mu
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ηMj
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Mu/ηMj
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Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
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彎矩最大組合
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1551
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1708
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0.908
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1132
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1246
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0.908
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右幅3＃墩最大裂縫寬度驗(yàn)算
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最大裂縫寬度
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0.495mm
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不滿足規(guī)范要求
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右幅4＃墩抗彎承載能力驗(yàn)算
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彎矩(KN.m)
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Mu
|
ηMj
|
Mu/ηMj
|
Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
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彎矩最大組合
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1678
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1682
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0.997
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1540
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1545
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0.997
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右幅4＃墩最大裂縫寬度驗(yàn)算
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最大裂縫寬度
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0.626mm
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不滿足規(guī)范要求
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計(jì)算結(jié)果表明，承載能力極限狀態(tài)下3#墩安全系數(shù)為0.908，4#墩安全系數(shù)為0.997，墩柱偏心受壓承載能力不滿足規(guī)范要求。正常使用極限狀態(tài)下3#墩最大裂縫寬度為0.495mm，4#墩最大裂縫寬度為0.626mm，裂縫寬度超限。
3號墩原設(shè)計(jì)為為橋臺后因地質(zhì)原因變更為橋墩，上部結(jié)構(gòu)豎向荷載對墩柱存在偏心。原橋設(shè)計(jì)上部為3×13m簡支空心板梁，后由于地質(zhì)原因在原橋的小樁號側(cè)增加了3孔10m空心板，0號柱式橋臺變更為3號墩。橋墩支座布置方式為：13m板側(cè)支座中心線與柱中心線重合，10m板支座中心線偏離柱中心線45cm，導(dǎo)致3號墩處于偏心受壓的狀態(tài)，豎向荷載產(chǎn)生彎矩對墩柱不利。
4號墩墩柱位于河道邊緣，墩柱兩側(cè)地面線差異較大，墩柱承受兩側(cè)不平衡土壓力荷載產(chǎn)生的彎矩對墩柱不利。
此外，本橋縱坡較大為2.96%，可能導(dǎo)致主梁發(fā)生非對稱伸縮，墩柱支座發(fā)生嚴(yán)重剪切變形。從而使墩柱承受較大支座摩阻力荷載，導(dǎo)致墩柱承載能力不足開裂。
3號、4號墩墩頂均向墩柱開裂一側(cè)偏移，由此分析墩柱偏移原因?yàn)槭┕げ划?dāng)導(dǎo)致。
四、橋梁加固內(nèi)容及要點(diǎn)
1、常規(guī)病害修復(fù)措施：
(1) 采用常規(guī)病害修復(fù)措施對橋梁各部件裂縫、破損及露筋等缺陷進(jìn)行修復(fù)。
(2) 支座：對存在嚴(yán)重剪切變形的支座進(jìn)行更換。
(3) 錐(護(hù))坡：對臺前護(hù)坡下沉造成的開裂采用水泥砂漿進(jìn)行填充修復(fù)處理，對沿砌縫開裂裂縫進(jìn)行重新勾縫處理。
2、主體結(jié)構(gòu)加固措施：
對左右幅3#、4#號墩采用外包鋼筋混凝土增大截面法進(jìn)行加固，在墩柱四周外包15cm厚C30混凝土，設(shè)置30根Φ25主筋增大墩柱截面，增強(qiáng)配筋，提高墩柱承載能力。
五、加固后驗(yàn)算結(jié)果
依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ023-85）進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果如下：
圖4 3號墩加固后最大彎矩包絡(luò)圖 圖5 4號墩加固后最大彎矩包絡(luò)圖
表3 加固后橋墩驗(yàn)算匯總表
右幅3＃墩抗彎承載能力驗(yàn)算
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彎矩(KN.m)
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Mu
|
ηMj
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Mu/ηMj
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Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
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彎矩最大組合
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3527
|
1644
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2.15
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2709
|
1262
|
2.15
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右幅3＃墩最大裂縫寬度驗(yàn)算
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最大裂縫寬度
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0.133mm
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滿足規(guī)范要求
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右幅4＃墩抗彎承載能力驗(yàn)算
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彎矩(KN.m)
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Mu
|
ηMj
|
Mu/ηMj
|
Nu
|
Nj
|
Nu/Nj
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彎矩最大組合
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2957
|
1781
|
1.66
|
2603
|
1567
|
1.66
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右幅4＃墩最大裂縫寬度驗(yàn)算
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最大裂縫寬度
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0.140mm
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滿足規(guī)范要求
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通過采取增大墩柱截面尺寸，增加配筋的加固措施后，橋梁3#、4#號墩墩柱承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算安全系數(shù)分別為1.66和2.15，滿足規(guī)范要求；正常使用極限狀態(tài)最大計(jì)算裂縫寬度分別為0.133mm和0.140mm，最大計(jì)算裂縫寬度在規(guī)范容許范圍內(nèi)。
