橋梁獨柱式加固橋墩動力測試及狀態評估

樊 韜

（四川華騰公路試驗檢測有限責任公司，四川 成都 611730）

0 前言

在城市橋梁中，為改善城市交通需要對部分立交橋進行頂升加固施工，其中對既有橋墩采用“接骨增高”的加固方式進行處理以滿足橋梁通行需要。為評估該加固橋墩實際工作狀態需要采用相應的檢測手段和評估方法進行。

現階段，我國在進行鐵路橋梁的橋墩狀態檢測評估過程中，主要是利用兩種不同的方式進行，第一種為健全度指標方法，該方法分為以橫向振幅為指標的健全度評判方法和以橫向頻率為指標的健全度評判方法，呈現出獨特性。第二種方法為常見的B值法，該方法實際上是利用現有的模糊理論進行分析，以此為基礎綜合了振幅和頻率兩個指標的綜合評定方法，該方法是通過利用當前的橋墩進行合理的測量，明確其產生的橫向振動波形，以此為基礎獲取位移與頻率參考數值，經過公式計算后獲得完整精確的綜合評判值B，通過B值反應橋墩的實際狀態，以供參考。當前的健全制度法的引入與應用，促使現階段的評估方法逐漸完善，并根據需求引入K作為技術狀態評估參考值，例如，以實際為例，日本國鐵當前提出的橋墩健全度評估標準如表1所示。

表1 日本國鐵橋墩健全度評估標準

公路橋梁下部結構工作狀態評定按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21-2011）5.9條規定進行評定。例如，表2為橋梁自振頻率評定標準，表中為橋墩自振頻率實測值，為橋墩自振頻率理論值，如表2所示。

表2 橋梁自振頻率評定標準表

1 工程概況

本文的案例工程為立交橋，整個工程長度為 455米，屬于雙幅橋梁類型，單向為三車道，整個工程由 5聯預應力混凝土連續梁構成，總共 17跨。案例工程中，主要為包括變高連續梁與等高連續梁兩種，其結構較為復雜，例如以下部結構為例：第一，該部分橋墩的底部尺寸縱橋向×橫橋向為1.4M×2.5M，整個橋墩的正面設置深度為十厘米，頂部的縱橋向×橫橋向尺寸為1.4M×4.7M。第二，承臺主要尺寸寬度為 2.3m，長度為 5.8m，厚度由 2.2m～3m。第三，工程中主要是以鉆孔灌注樁作為樁基，期間直徑為1.8m與1.3m，每個橋臺位置的樁數量為四顆或者六顆，其中1.3m的樁主要是采用在2樁橋墩承臺，1.8m直徑的樁使用在4樁橋墩承臺。計荷載等級：城市-A級。橋梁于2007年建成并投入使用。

本次橋梁加固頂升工程需要對 30m+40m+30m連續梁進行頂升，對部分橋墩進行“接骨增高”加固處治。加固施工步驟：首先，在進行斷柱施工過程中，主要是利用機械進行施工切割，并對其混凝土進行合理的處理，其次，進行合理的接骨，保證橋體的頂升位置合理，以鋼筋為基礎，進行有效的連接，實現“機械一級接頭”，保證鋼筋的受力良好。最后，進行合理的混凝土澆筑，保證新墩柱的混凝土澆筑質量，提升墩柱的整體受力。

2 加固橋墩加固前后動力特性計算

采用MIDAS/CIVIL2012軟件分別對紅牌樓立交橋“接骨增高”6#橋墩建立有限元模型。1）、將模型中橋墩的彈性、強度等參數以設計值形式分析，不考慮其他因素，對橋墩結構進行了有限元建模分析。2）、樁-土-承臺采用承臺底六個自由度的彈簧模擬樁土相互作用，彈簧剛度值計算方法是采用規范中的“m法”確定土的地基系數C，再由其算出土彈簧的水平剛度。

3 橋墩振動測試及評估

本次測試紅牌樓立交橋“接骨增高”6#橋墩的動力特性進行測試。測試內容包括：主要試驗內容有：(1)試驗車輛過橋時的剎車動力試驗，主要測試墩頂縱向和橫向兩個方向在行車條件下的加速度；(2)脈動試驗測試。動力特性測試利用高靈敏度的拾振器和放大記錄設備，對橋墩的振動響應信號進行采集取樣，借助數字信號數據處理技術，獲得橋墩動力特性參數。

本次測試利用東華采用江蘇東華的DH5907A橋梁模態測試系統進行分析，得到墩頂的振動頻率。該橋墩結構動力響應較小，墩頂測點準確獲取了結構一階、二階自振頻率值，下部測點一階頻率值不明顯，二階頻率值較為明顯，上、下測點實測二階頻率值一致。測試結果見表3。

表3 橋墩自振頻率比較（單位：Hz）

根據表3數據，可以得出6#橋墩一階頻率實測值大于計算值，表明橋墩實際剛度比理論計算剛度大，工作狀態較好。

4 建議

本文通過成都市二環路紅牌樓立交橋“接骨增高”橋墩用有限元方法建模計算了橋墩的動力特性，通過與現場動力實測數據的比較，分別應用健全度指標法和橋梁承載能力對下部結構評定的方法對“接骨增高”橋墩進行了狀態評估。這對于公路橋梁橋墩工作狀態評定和加固效果評定具有重要的指導意義。