秀山西門橋改造工程縮尺模型及實橋靜載試驗抗扭性能研究

曹淑上，羅鈞，黃祖林，陳港

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

0 引言

重慶秀山西門橋原橋面總寬度為6.2m，改造工程首先拆除兩側原人行道1.1m懸挑梁，然后將橋面由4.0m拓寬至10.9m[1]，并增設風雨廊橋，廊橋立柱部分設置于拓寬結構上。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，對橋梁抗扭性能提出了更高的要求。為研究采用截面轉換法加固后西門橋的抗扭性能，進行了抗扭性能縮尺模型試驗，并在橋梁改造完成后進行實橋靜載試驗，對加固后橋梁抗扭性能進行了評估。

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構模型。B1為并列多T形截面梁，B2為經截面轉換法加固的單箱三室箱形梁，同時在箱型梁兩側新增邊梁（圖1）。該縮尺模型與原型結構的材料相同，幾何相似系數CL=1/5，彈性模量相似系數CE=1，泊松比相似系數CV=1，重度相似系數CW=5，荷載相似常數CF=1/25。

圖1 模型梁B1、B2橫截面示意圖（mm）

1 西門橋改造工程抗扭性能模型試驗

1.1 西門橋改造概況及試件設計

西門橋原橋長61m，為三跨鋼筋混凝土簡支梁橋，跨徑組合為（17+22+22）m，橋面全寬6.2m，橋梁上部結構為4道鋼筋混凝土矩形梁，與橋面板整澆，原設計荷載采用單車道汽車-15級。改造為始建之初的風雨廊橋型式后，使用功能改變為人行橋，增加一層木廊結構建筑。橋面大幅拓寬至10.9m。主梁加固方法為增設底板、實現截面轉換，同時對邊主梁橫向增大截面、新增邊主梁，以利于增設鋼結構拓寬橋面。以現22m跨橋梁結構為原型，進行模型試驗研究。

1.2 加載設計

模型加載采用數顯式雙油路液壓千斤頂配合反力架進行單調分級加載，通過液壓千斤頂加載模型梁沿寬度方向的一側，產生相對于模型梁幾何中心的面外扭矩，用于模擬原型結構經懸臂拓寬后在最不利設計偏載下較大的扭轉效應[2]。偏載試驗取原橋的最不利偏載工況為人群單側聚集和單側風荷載作用的組合值[3]，經相似等效計算得偏載加載值P=28.9kN，取為30kN，加載分級級差為5kN。

1.3 測點布置

加載過程中，對模型梁跨中和支座處位移、跨中截面鋼筋和混凝土應變進行測量，測點布置如圖2所示。

1.4 試驗結果及分析

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

表1 B1跨中截面扭轉角

對B1和B2模型梁跨中截面扭轉角測試數據進行對比分析，結果表明：1）同級荷載下模型梁B2的跨中截面扭轉變形顯著減小，扭轉角、左右側撓度差明顯小于B1；2）最不利偏載作用下，B1跨中截面扭轉角3.118，左右撓度差2.37mm，B2跨中截面扭轉角0.333，左右撓度差0.27mm。由試驗數據分析，B2抗扭剛度增大接近8倍；3）偏載試驗加載過程中，兩片模型梁的偏載-扭轉角基本呈線性關系，對應鋼筋混凝土應變具有同樣線性關系，結構彈性性能表現良好，截面轉換加固法能夠滿足提高結構的抗扭性能要求[2]。

表2 B2跨中截面扭轉角

圖3 跨中偏載-扭轉角曲線

2 西門橋改造工程實橋試驗抗扭性能分析

2.1 試驗方案

荷載試驗采用水囊加載，試驗加載用水囊尺寸為1.7m×2.8m×0.6m、1.7m×3.2m×0.6m兩種規格，通過計算確定各級加載水袋數量，并均勻布置于試驗橋跨范圍之內，22.0m跨跨中截面偏載試驗效率系數為0.95。

荷載試驗過程中，對各測試跨試驗現象、支座截面撓度、跨中截面撓度、跨中截面混凝土應變進行測試，撓度測點部位如圖4所示。

2.2 試驗結果及分析

圖4 實橋試驗撓度測點布置

對22.0m跨橋進行分級單側施加偏載，在橋面布置水囊加水，緩慢、均勻加載至最大試驗荷載。試驗加載過程中，梁體截面未發現新增裂縫或明顯變形等其它異常現象；未見橋墩、基礎等構件出現異常情況，各部件工作性能正常。

計算得到跨中截面扭轉角如表3所示，繪制22.0m跨跨中偏載-扭轉角曲線如圖5所示。

表3 22.0m跨跨中截面扭轉角

圖5 22.0m跨跨中偏載-扭轉角曲線

根據試驗結果可知：1）跨中截面各測點各級撓度實測值隨荷載增加基本呈線性變化，各測點撓度實測值均小于理論計算值，撓度校驗系數小于1，且殘余變形均小于20%，滿足規范要求；2）我國橋梁現行規范尚無扭轉變形限值的規定，參照德國規范，試驗第3級滿載作用下，橫橋向扭轉變形0.48mm小于3m梁段局部扭曲變形4.5mm的規定，抗扭剛度滿足規范要求[2]。

綜上所述，重慶市秀山縣西門橋經加固改造后，在試驗荷載作用下橋梁主體結構抗扭性能良好，能夠滿足橋梁安全使用要求[4-5]。

3 結語

通過對西門橋抗扭模型試驗及實橋偏載試驗分析，采用截面轉換、邊主梁橫向增大截面的方法對橋梁進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。

責任編輯：劉艷萍

觀點

建筑界不能把傳統建筑當古董看待，也不能把傳統建筑的語匯轉譯為裝飾的素材當雜貨出售。建筑界必須從建筑過程上去了解傳統，要向民間的營造方式學習，用心靈去感受，而不是用頭腦去推論，更不是用文筆去辯說。創造是一種文化生命的歷程，建筑的教育要把重點放在傳統過程的研習上，使每一個中國建筑師都熟悉中國建筑及中國思考方法。

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