曹淑上，羅鈞，黃祖林，陳港

（1重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400016；2重慶大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400045）

0 引言

重慶秀山西門(mén)橋原橋面總寬度為6.2m，改造工程首先拆除兩側(cè)原人行道1.1m懸挑梁，然后將橋面由4.0m拓寬至10.9m[1]，并增設(shè)風(fēng)雨廊橋，廊橋立柱部分設(shè)置于拓寬結(jié)構(gòu)上。改造工程涉及大幅度提高橋面寬度、橋面恒載及橋面活荷載，對(duì)橋梁抗扭性能提出了更高的要求。為研究采用截面轉(zhuǎn)換法加固后西門(mén)橋的抗扭性能，進(jìn)行了抗扭性能縮尺模型試驗(yàn)，并在橋梁改造完成后進(jìn)行實(shí)橋靜載試驗(yàn)，對(duì)加固后橋梁抗扭性能進(jìn)行了評(píng)估。

制作2片1∶5縮尺模型梁，B1（Beam1）與B2（Beam2）分別為加固前后的橋梁結(jié)構(gòu)模型。B1為并列多T形截面梁，B2為經(jīng)截面轉(zhuǎn)換法加固的單箱三室箱形梁，同時(shí)在箱型梁兩側(cè)新增邊梁（圖1）。該縮尺模型與原型結(jié)構(gòu)的材料相同，幾何相似系數(shù)CL=1/5，彈性模量相似系數(shù)CE=1，泊松比相似系數(shù)CV=1，重度相似系數(shù)CW=5，荷載相似常數(shù)CF=1/25。

圖1 模型梁B1、B2橫截面示意圖（mm）

1 西門(mén)橋改造工程抗扭性能模型試驗(yàn)

1.1 西門(mén)橋改造概況及試件設(shè)計(jì)

西門(mén)橋原橋長(zhǎng)61m，為三跨鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋，跨徑組合為（17+22+22）m，橋面全寬6.2m，橋梁上部結(jié)構(gòu)為4道鋼筋混凝土矩形梁，與橋面板整澆，原設(shè)計(jì)荷載采用單車(chē)道汽車(chē)-15級(jí)。改造為始建之初的風(fēng)雨廊橋型式后，使用功能改變?yōu)槿诵袠?，增加一層木廊結(jié)構(gòu)建筑。橋面大幅拓寬至10.9m。主梁加固方法為增設(shè)底板、實(shí)現(xiàn)截面轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)邊主梁橫向增大截面、新增邊主梁，以利于增設(shè)鋼結(jié)構(gòu)拓寬橋面。以現(xiàn)22m跨橋梁結(jié)構(gòu)為原型，進(jìn)行模型試驗(yàn)研究。

1.2 加載設(shè)計(jì)

模型加載采用數(shù)顯式雙油路液壓千斤頂配合反力架進(jìn)行單調(diào)分級(jí)加載，通過(guò)液壓千斤頂加載模型梁沿寬度方向的一側(cè)，產(chǎn)生相對(duì)于模型梁幾何中心的面外扭矩，用于模擬原型結(jié)構(gòu)經(jīng)懸臂拓寬后在最不利設(shè)計(jì)偏載下較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[2]。偏載試驗(yàn)取原橋的最不利偏載工況為人群?jiǎn)蝹?cè)聚集和單側(cè)風(fēng)荷載作用的組合值[3]，經(jīng)相似等效計(jì)算得偏載加載值P=28.9kN，取為30kN，加載分級(jí)級(jí)差為5kN。

1.3 測(cè)點(diǎn)布置

加載過(guò)程中，對(duì)模型梁跨中和支座處位移、跨中截面鋼筋和混凝土應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

分級(jí)加載兩片模型梁至原橋最不利設(shè)計(jì)偏載的相似等效值，計(jì)算得到B1和B2模型梁的跨中截面扭轉(zhuǎn)角如表1、表2所示，繪制B1和B2模型梁跨中偏載-扭轉(zhuǎn)角曲線如圖3所示。

表1 B1跨中截面扭轉(zhuǎn)角

對(duì)B1和B2模型梁跨中截面扭轉(zhuǎn)角測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：1）同級(jí)荷載下模型梁B2的跨中截面扭轉(zhuǎn)變形顯著減小，扭轉(zhuǎn)角、左右側(cè)撓度差明顯小于B1；2）最不利偏載作用下，B1跨中截面扭轉(zhuǎn)角3.118，左右撓度差2.37mm，B2跨中截面扭轉(zhuǎn)角0.333，左右撓度差0.27mm。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，B2抗扭剛度增大接近8倍；3）偏載試驗(yàn)加載過(guò)程中，兩片模型梁的偏載-扭轉(zhuǎn)角基本呈線性關(guān)系，對(duì)應(yīng)鋼筋混凝土應(yīng)變具有同樣線性關(guān)系，結(jié)構(gòu)彈性性能表現(xiàn)良好，截面轉(zhuǎn)換加固法能夠滿足提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能要求[2]。

表2 B2跨中截面扭轉(zhuǎn)角

圖3 跨中偏載-扭轉(zhuǎn)角曲線

2 西門(mén)橋改造工程實(shí)橋試驗(yàn)抗扭性能分析

2.1 試驗(yàn)方案

荷載試驗(yàn)采用水囊加載，試驗(yàn)加載用水囊尺寸為1.7m×2.8m×0.6m、1.7m×3.2m×0.6m兩種規(guī)格，通過(guò)計(jì)算確定各級(jí)加載水袋數(shù)量，并均勻布置于試驗(yàn)橋跨范圍之內(nèi)，22.0m跨跨中截面偏載試驗(yàn)效率系數(shù)為0.95。

荷載試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)各測(cè)試跨試驗(yàn)現(xiàn)象、支座截面撓度、跨中截面撓度、跨中截面混凝土應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試，撓度測(cè)點(diǎn)部位如圖4所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖4 實(shí)橋試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)22.0m跨橋進(jìn)行分級(jí)單側(cè)施加偏載，在橋面布置水囊加水，緩慢、均勻加載至最大試驗(yàn)荷載。試驗(yàn)加載過(guò)程中，梁體截面未發(fā)現(xiàn)新增裂縫或明顯變形等其它異?，F(xiàn)象；未見(jiàn)橋墩、基礎(chǔ)等構(gòu)件出現(xiàn)異常情況，各部件工作性能正常。

計(jì)算得到跨中截面扭轉(zhuǎn)角如表3所示，繪制22.0m跨跨中偏載-扭轉(zhuǎn)角曲線如圖5所示。

表3 22.0m跨跨中截面扭轉(zhuǎn)角

圖5 22.0m跨跨中偏載-扭轉(zhuǎn)角曲線

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知：1）跨中截面各測(cè)點(diǎn)各級(jí)撓度實(shí)測(cè)值隨荷載增加基本呈線性變化，各測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)小于1，且殘余變形均小于20%，滿足規(guī)范要求；2）我國(guó)橋梁現(xiàn)行規(guī)范尚無(wú)扭轉(zhuǎn)變形限值的規(guī)定，參照德國(guó)規(guī)范，試驗(yàn)第3級(jí)滿載作用下，橫橋向扭轉(zhuǎn)變形0.48mm小于3m梁段局部扭曲變形4.5mm的規(guī)定，抗扭剛度滿足規(guī)范要求[2]。

綜上所述，重慶市秀山縣西門(mén)橋經(jīng)加固改造后，在試驗(yàn)荷載作用下橋梁主體結(jié)構(gòu)抗扭性能良好，能夠滿足橋梁安全使用要求[4-5]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)西門(mén)橋抗扭模型試驗(yàn)及實(shí)橋偏載試驗(yàn)分析，采用截面轉(zhuǎn)換、邊主梁橫向增大截面的方法對(duì)橋梁進(jìn)行加固后梁體抗扭剛度和抗扭承載力大幅提高，值得推廣借鑒。

責(zé)任編輯：劉艷萍

觀點(diǎn)

建筑界不能把傳統(tǒng)建筑當(dāng)古董看待，也不能把傳統(tǒng)建筑的語(yǔ)匯轉(zhuǎn)譯為裝飾的素材當(dāng)雜貨出售。建筑界必須從建筑過(guò)程上去了解傳統(tǒng)，要向民間的營(yíng)造方式學(xué)習(xí)，用心靈去感受，而不是用頭腦去推論，更不是用文筆去辯說(shuō)。創(chuàng)造是一種文化生命的歷程，建筑的教育要把重點(diǎn)放在傳統(tǒng)過(guò)程的研習(xí)上，使每一個(gè)中國(guó)建筑師都熟悉中國(guó)建筑及中國(guó)思考方法。

（摘自清華大學(xué)出版社 《建筑·歷史·文化：漢寶德論傳統(tǒng)建筑》2014年版，漢寶德 著）