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石羊江橋最早建于1972年，全橋長108 m，跨徑為5×21．6 m；1986年，在一次洪水中，該橋南部橋臺被沖垮。1987年，增設1個橋墩(5號墩)及1個橋跨(6號跨)，橋全長增加到122 m，跨數增加到6跨(見圖1)。 


    1～5跨上部結構由5片鋼筋混凝土T形簡支梁及混凝土橋面組成，新的第6跨為簡支微彎板，橋墩由鋼筋混凝土雙柱組成，基礎為大直徑鉆孔樁(1，2，3，5號墩)和排樁基礎(4號墩)，原橋東邊橋臺及新建橋臺均為漿砌U形臺。原橋設計及后來的重建工作都沒有考慮地震力效應，該橋在中到大震下的抗倒塌能力很低。 

    該橋使用過程中，橋面板及混凝土梁出現許多病害，限載為單車道通行。在對該橋進行舊橋承載能力加固的同時進行抗震加固。 

2橋梁現狀的評估 
2．1地震烈度和抗震設防等級 
    石羊江橋位于玉溪至楚雄三級公路上，橋位地震烈度為7度，地面峰值水平加速度0．1g。根據最新的中國公路橋梁抗震設計規(guī)范(送審稿，以下簡稱中國新規(guī)范)，石羊江橋分類為B類，抗震設防等級提升為8度。 

2．2地基土情況及原始地質勘查情況評價 
    1987年石羊江橋修復報告中，對該橋的地基土描述如下：從河床至4．6 m深的范圍內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厚的風化砂巖層，再往下為基巖層。 

    地基土按中國新規(guī)范分類為Ⅲ類土。原始地質勘查情況表明，該橋地基土低液化，符合設計要求抗震加固設計中未再進行地質情況勘察。 

3橋梁抗震評價 
3．1抗震評估 
    該橋的抗震評估分為以下幾個步驟： 

    (1)根據場地條件及地面峰值水平加速度確定出設計反應譜； 

    (2)根據橋梁的有效抗彎剛度，并同時考慮結構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)對單柱或整橋進行Push-over分析，獲得單柱或整橋的位移； 

    (4)根據Push-over分析結果，并考慮上部力的效應，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計算程序進行，墩柱的滯回曲線分析用Ccfyber2004計算程序進行，同時用Ucfy—ber程序進行驗證。 

     現場混凝土回彈及混凝土鉆芯取樣的抗壓強度試驗均表明：混凝土現狀的強度要大于設計強度。在確定結構的材料屬性時仍假定為橋梁修建時的強度。 

    石羊江橋橋面設有3道伸縮縫，位于兩岸橋臺及4號墩處。通過選其中的某一跨進行模擬分析來實現對整橋的抗震分析，選擇2道伸縮縫之間的橋跨部分代表全橋結構。抗震加固設計中利用桿系模型代替實體模型見圖2，進行縱向和橫向的彈性反應譜分析及Push-over分析。 


    墩柱抗剪強度的評定依據加州抗震設計規(guī)范中對設計強度的要求進行。本文對4號墩和5號墩的抗剪裝置進行了分析，分析時考慮了以下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評定結果 
    根據抗震分析以及橋位現場觀測結果，石羊江橋存在以下不足之處： 

    (1)橋臺及墩柱支座支承長度不足； 

    (2)4號、5號墩橫向抗剪裝置不足； 

    (3)1，2，3號墩以及2個橋臺均無橫向抗剪裝置； 

    (4)擺柱式支座抗震強度不足； 

    (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，又便于現場實施，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跨之問的節(jié)點保留外，去掉所有橋面板間的節(jié)點； 

    (2)重建1～5跨間破損的混凝土橋面板，橋面由原來的簡支變?yōu)檫B續(xù)結構； 

    (3)將現有橋臺由傳統結構改成與橋梁成半整體的結構，采用國際上的新作法——半整體式橋臺； 

    (4)將橋臺處T形梁端聯接成一個整體； 

    (5)安裝縱向拉桿將第5跨和第6跨聯接在一起； 

    (6)橋墩及橋臺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，進行防失穩(wěn)加固； 

    (8)在2號墩、3號墩與樁節(jié)點處增加鋼筋混凝土套筒。 

4．2加固方案的創(chuàng)新點 
    (1)1～5跨的橋面板由簡支變連續(xù)，不僅提高了橋梁抗震能力，而且橋梁的承載能力及服務狀況有了極大的提高。橋面板變連續(xù)方案的優(yōu)點包括： 

    ①消除了維護保養(yǎng)橋面板節(jié)點的費用；②活載產生的彎矩重新分布，因此降低了T形梁對正彎矩限值的要求，提高了橋梁的承載能力；③拉桿在縱向將簡支梁聯系在一起，減少了縱向防落梁約束裝置；④減少了行車引起的橋梁振動，行車舒適。 

    (2)引入了半整體式橋臺這一原理及將相鄰的橋臺處T梁端聯接成一個整體。半整體式橋臺原理自20世紀90年代以來已在北美新建橋梁上得到應用，但用于舊橋修復加固還不多見，采用該結構可帶來以下好處：①消除了T梁端和橋臺臺帽之間的節(jié)點；②將有效地使被動土壓力抵消結構的反力，使橋梁內力直接傳遞給地基土，從而降低了橋梁抗震對結構的要求；③在沒有改變橋臺臺帽寬度的情況下，能提供額外的支撐長度；④能較好地促進活載的橫向分布。 

    同樣地，通過將相鄰的橋臺處T梁端聯接成一個整體及橋面變連續(xù)，在地震力作用下，對橋梁上部結構而言有“拉一回”體系的作用；阻止橋臺回填物沉降引起的不利效應；降低側向土壓力和活載共同作用對橋臺產生的影響，改善橋臺的受力。 

    (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、利用當地現有的設備及原材料就可以實現，便于施工實施。 

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


6 結 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估等級R=V×E=28，加固后，R=14；經對該橋抗震性能計算分析，石羊江橋加固后主要受力構件墩柱的抗彎和抗剪能力均能滿足設計地震E2的需求，擋塊、橋臺等能力保護構件也能滿足設計地震的要求；加固前后自振特性測試表明，加固后豎向振動頻率一階提高6．6％，相應阻尼比一階降低33％，橫向振動頻率一階提高14.6％，相應阻尼比一階降低34％，加固前后縱橋向振動頻率變化很小，即抗震加固后橋梁結構豎向、橫向剛度以及整體受力性能得到較大提高。