1.1，桥梁概况

井冈山大桥位于江西省吉安市城区，横跨江西省“五大水系”最大河流赣江。桥梁设计总长1，090.26米，桥面净空为-7+2×1.5米人行道；设计荷载为汽车-13；拖车-60；人群-3.5KN/m2。上部结构为预应力钢筋混凝土悬臂T型结构，共16孔，直径分别为48.13+14×71+48.13m；T型结构两端悬臂长度为23.5米，截面为单箱双室。悬臂端梁高2.0m，T型结构根部箱梁高4.0m。每跨吊孔由5片预制吊装的普通钢筋混凝土T梁组成，跨度21m，梁长21.56m，井冈山大桥于1.970年5月建成。

1.2.桥梁原设计主要信息井冈山大桥上部结构悬臂箱梁分为9块，采用预制干缝拼装。悬臂箱梁预应力钢筋采用45 Si 2 Ti (45 Si 2 Ti) φ 12 mm冷拉时效光面圆钢筋，JM12-6锚具。每块结合段的钢梁分两批在桥墩两端对称张拉。1 ~ 7块预应力钢筋张拉控制应力为675Mpa，8 ~ 9块(支架)预应力钢筋张拉控制应力为650Mpa。该桥箱梁采用明渠布置预应力钢筋。因此，在铺设桥面之前，设计要求在明渠顶部铺设油毡防水层，以加强防水。

1.3.桥梁结构特点点评:吉安井冈山大桥上部结构为预应力混凝土T型结构，带吊孔，是70年代初的先进桥型。桥跨71m，全长1，000m，也是一座大桥。由于这种桥梁上部结构的悬臂部分与桥墩固结，其力学性能仍然是超静定的，从当时的桥梁设计理论、设计计算手段和施工能力来看，都是最好的、先进的桥梁结构。

然而，由于结构、施工工艺、预应力筋材料、设计理论和计算方法等方面的原因，我国早期采用悬臂施工的T型吊孔桥存在一些固有缺陷。这种桥型经过一段时间的使用，在T型悬臂末端，也就是支撑吊孔的支架有明显的下垂现象，支座和伸缩缝也非常容易损坏，行驶过程中的冲击和桥梁振动都比较强烈。井冈山大桥的支座和伸缩缝虽然维修更换过多次，但时间不长都损坏了。主要原因是吊孔与T型悬臂连接处由于结构原因变形复杂，变形量大，并伴有转动，导致伸缩缝缝隙呈八字形，夏季高温导致伸缩缝受挤压损坏。支架处(即悬臂端)垂度大的原因很多，主要是混凝土的收缩徐变和部分预应力的损失。因此，预应力的损失是影响预应力桥梁结构安全的最重要因素之一，这在悬臂法施工的预应力桥梁中尤为明显，尤其是前期采用预制节段悬臂法施工的预应力桥梁。

但井冈山大桥上部结构采用早期的悬臂施工工艺:预制节段和干接缝采用悬臂拼装并施加预应力，相邻块两端直接贴合，不易保证接缝密封，易受潮气侵袭，易产生局部应力集中，不利于桥梁的整体性和预应力钢筋因大气侵袭而锈蚀。由于施工时块与块之间没有留湿缝，拼装时发现位置有偏差时很难调整，块与块连接处应力传递复杂，整体性差。另外，悬臂拼装时采用开口槽布置钢梁，工程量也增加了不少。

对于带吊孔的T型桥，由于桥墩两侧的力矩作用，墩顶箱室受力复杂，局部应力集中过大。此外，还有一个显著的缺点，就是桥面的接缝比较多，而且大多在悬臂端。由于悬臂的偏转，接头处会形成拐角，对该位置的承重和伸缩缝极为不利，也影响驾驶的稳定性和舒适性。尤其是预应力混凝土的收缩徐变、钢筋的松弛以及日照的影响，会使悬臂端的挠度变化日益发展。

1.4，加固前桥梁结构的主要病害。

①井冈山大桥悬臂箱梁部分预应力锚头腐蚀严重(尤其是9号块)，且该桥采用预应力干接缝悬臂拼接施工，预应力锚头腐蚀对全桥正常使用构成严重威胁和隐患。

(2)桥面纵向呈波浪形，各孔悬梁跨中部分有明显下沉，桥面混凝土破坏极大，使过往车辆冲击较大。

③伸缩缝和支座损坏严重，伸缩缝多被泥石堵塞。悬梁固定支座(切向钢板支座)腐蚀严重，活动支座(板式橡胶支座)下板腐蚀47.5%，22.5%的支座已移出下板，导致悬梁受力异常，隔板破坏。

(4)梁体有多处裂缝。悬梁腹板在跨中产生竖向裂缝，翼板在横缝处开裂。t型箱梁主要在腹板上缘，为纵缝。

⑤两侧桥台变形较大(前倾)，两侧滑坡及挡土墙破坏严重。

2.大修加固设计要点由于桥梁使用多年，虽然通过检查查明了一些情况，但任何检查总是有限的。因此，本桥加固设计充分考虑了结构性能的不确定性，注重安全和保障，加固措施留有余地。

这座桥的加固设计分为两部分:桥梁病害部分的维修改造和桥梁承载能力的恢复。

2.1桥梁病害维修与处理部分

(1)悬梁、箱梁裂缝采用化学灌浆，根据裂缝宽度分别处理。同时，当裂缝宽度大于0.2mm时，在吊梁的边梁和T型箱梁的腹板上粘贴碳纤维布来抑制裂缝。

(2)原表面凿毛铺贴，40 #钢纤维混凝土(钢筋)完全复浇。由于钢纤维混凝土抗拉强度高，钢筋网坚固，不仅耐磨耐冲击，还大大提高了吊梁的侧向刚度。

③拆除吊梁原有的固定支座(切向钢板支座)和活动支座(板式橡胶支座)，重新安装板式橡胶支座(含或不含4氟)。

④箱梁预应力锚头防锈:在锚头上挂1 ~ 8块钢筋网，然后浇筑15cm环氧树脂混凝土封锚。9号块应凿5cm厚的完整锚定混凝土，然后恢复到完整的头部尺寸。

⑤对于悬梁的隔板混凝土损坏部分(数量较少)，先凿除，然后重新浇筑。

2.2恢复桥梁的承载能力，使其能在原设计荷载下继续使用。其内容如下:

(1)在主墩上部凿洞，箱梁采用植筋技术，设置齿板，用外梁加固箱梁(不粘贴)。设计中长梁采用可调式体外梁锚具，考虑到结构性能的不确定性，在需要调整梁力时比较方便。

(2)桥台加固采用动态设计原则，在桥台前后分别增加两根直径为1.2m的钻孔灌注桩(一个桥台增加四根桩)，然后浇筑承台与原承台连接。

3.T形刚构预应力箱梁的加固与维修施工针对T形箱梁原有的预应力损失，加固设计采用在箱梁内增加体外预应力索的方法来补偿预应力损失。

即在箱梁5#、8#块内设置混凝土齿板，体外索穿过0#块，分别被5#、8#齿板锚固，从而得到加固。

箱梁体外预应力拉索的施工分为两部分。第一部分包括齿板植筋的钻孔和0#孔及齿板天窗混凝土的凿除。第二部分包括齿形钢筋的植入、钢筋的加工安装、体外预应力锚索锚具的预埋、模板的搭设、混凝土的浇筑和体外预应力锚索的张拉。

齿板混凝土施工完成后，体外索穿过索，夹紧锚具。当混凝土强度达到设计强度的80%以上时，张拉预应力索和钢绞线，采用T型箱梁整体对称，即四台张拉设备同时进行。预应力筋张拉采用“双控法”。张拉预应力锚索和钢绞线后，将可调锚固系统压入油脂中，将固定锚固系统压入水泥浆中，安装体外索支架。体外预应力索和钢绞线张拉施工完成后，箱梁体外预应力施工完成。

4.桥梁T形箱梁体外预应力索内力检测

4.1.主要试验方法本次体外预应力筋试验在桥梁加固投入运营一年后进行，目的是检验体外索力是否满足设计要求。检测主要采用振动加速度响应的频谱分析方法，对1#、4#、7#、10#和13 #箱室内的72根电缆进行了测试分析。加速度传感器固定在距索端一定距离处，采用冲击激励振动模式和环境振动模式相结合的方式采集索的振动加速度响应。为了获得最大的振动响应，本次试验只采集拉索的面内振动信号，即加速度传感器安装在拉索的面内振动平面内。

采样频率和滤波截止频率都是1000Hz。为了获得足够精确的频率分辨率，每次采样时间应不少于2分钟。

4.2.拉索振动信号分析及内力计算将采集系统获得的加速度信号转换成Matlab数据格式，利用Matlab的频谱分析工具通过快速傅立叶变换得到拉索的自功率谱，进而识别出拉索的固有振动频率。该谱的频率分辨率为0.0038，具有较高的精度，能够满足实际工程计算的需要。

在内力分析计算中，采用有限差分离散格式，将拉索振动的偏微分方程(考虑拉索垂度、弯曲刚度和几何非线性的影响)转化为只有时域的常微分方程。通过特性分析得到的固有振动频率对应于拉索的内力，即某个内力值，可以计算出拉索对应的各阶固有振动频率。

根据识别出的索的振动频率，由标准弦的振动频率方程(不考虑索的垂度和抗弯刚度)得到如下频率与轴向拉力的关系方程:

将此力作为索的初力，代入索的差分离散格式表示的特征频率方程，计算出索的振动频率。当两者相差较大时，修正内力值，重新计算振动频率，直到计算频率与实测值相差较小，即为索的内力值。

4.3.试验结果及外梁内力分析根据上述计算方法，分析各索的内力值，结果见表1和表2。

电缆编号规则:每个房间的体外筋编号为1，2，3，...和8从上游到下游。计算基于电缆的设计图纸和每根电缆的施工控制值。

5.结论

5.1体外预应力拉索内力测试结果

①本次试验采用振动试验和有限差分法，对井冈山大桥T型箱梁加固后的体外预应力拉索进行了细致的检测和分析。通过频谱分析技术和结构计算得到每根拉索的轴向内力。

②索力测试结果显示最大索力为1093.6KN，与张拉控制力1094KN一致；最小索力为835.7KN，为张拉控制力的76.4%，扣除正常预应力损失后仍属于正常预应力范围。

③试验结果表明全桥体外预应力索力的规律性较差，建议2 ~ 3年后重新进行索力测试，并补充张拉必要的索力。

5.2.体外索加固大修悬臂箱梁质量评定通过对新增预应力筋及其相关构件和原固定预应力筋的外观检查，基本符合设计要求，施工质量良好，裂缝修补和粘贴碳纤维布也符合设计要求。同时，相关仪器测得的预应力索力基本满足设计要求的张拉力值。仅新增预应力梁转向块数量与配筋设计施工图有差异，但整体施工质量符合设计要求。

经过加固、维修和施工，这座桥已经通车两年了。经随访，整体使用情况良好。

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