石羊江桥最早建于1972年，全桥长108 m，跨径为5×21．6 m；1986年，在一次洪水中，该桥南部桥台被冲垮。1987年，增设1个桥墩(5号墩)及1个桥跨(6号跨)，桥全长增加到122 m，跨数增加到6跨(见图1)。 


    1～5跨上部结构由5片钢筋混凝土T形简支梁及混凝土桥面组成，新的第6跨为简支微弯板，桥墩由钢筋混凝土双柱组成，基础为大直径钻孔桩(1，2，3，5号墩)和排桩基础(4号墩)，原桥东边桥台及新建桥台均为浆砌U形台。原桥设计及后来的重建工作都没有考虑地震力效应，该桥在中到大震下的抗倒塌能力很低。 

    该桥使用过程中，桥面板及混凝土梁出现许多病害，限载为单车道通行。在对该桥进行旧桥承载能力加固的同时进行抗震加固。 

2桥梁现状的评估 
2．1地震烈度和抗震设防等级 
    石羊江桥位于玉溪至楚雄三级公路上，桥位地震烈度为7度，地面峰值水平加速度0．1g。根据最新的中国公路桥梁抗震设计规范(送审稿，以下简称中国新规范)，石羊江桥分类为B类，抗震设防等级提升为8度。 

2．2地基土情况及原始地质勘查情况评价 
    1987年石羊江桥修复报告中，对该桥的地基土描述如下：从河床至4．6 m深的范围内为砂子和砾石混合层；砂砾层以下为4．3 m厚的纯砂层；以下为4 m厚的风化砂岩层，再往下为基岩层。 

    地基土按中国新规范分类为Ⅲ类土。原始地质勘查情况表明，该桥地基土低液化，符合设计要求抗震加固设计中未再进行地质情况勘察。 

3桥梁抗震评价 
3．1抗震评估 
    该桥的抗震评估分为以下几个步骤： 

    (1)根据场地条件及地面峰值水平加速度确定出设计反应谱； 

    (2)根据桥梁的有效抗弯刚度，并同时考虑结构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)对单柱或整桥进行Push-over分析，获得单柱或整桥的位移； 

    (4)根据Push-over分析结果，并考虑上部力的效应，得出抗弯能力。 

    该桥的弹性振型分解法分析及非线性Push―over分析用SAP2000计算程序进行，墩柱的滞回曲线分析用Ccfyber2004计算程序进行，同时用Ucfy―ber程序进行验证。 

     现场混凝土回弹及混凝土钻芯取样的抗压强度试验均表明：混凝土现状的强度要大于设计强度。在确定结构的材料属性时仍假定为桥梁修建时的强度。 

    石羊江桥桥面设有3道伸缩缝，位于两岸桥台及4号墩处。通过选其中的某一跨进行模拟分析来实现对整桥的抗震分析，选择2道伸缩缝之间的桥跨部分代表全桥结构。抗震加固设计中利用杆系模型代替实体模型见图2，进行纵向和横向的弹性反应谱分析及Push-over分析。 


    墩柱抗剪强度的评定依据加州抗震设计规范中对设计强度的要求进行。本文对4号墩和5号墩的抗剪装置进行了分析，分析时考虑了以下3种可能的失效模型：①剪切摩擦型；②剪弯型；③压杆一拉杆型。 

3．2评定结果 
    根据抗震分析以及桥位现场观测结果，石羊江桥存在以下不足之处： 

    (1)桥台及墩柱支座支承长度不足； 

    (2)4号、5号墩横向抗剪装置不足； 

    (3)1，2，3号墩以及2个桥台均无横向抗剪装置； 

    (4)摆柱式支座抗震强度不足； 

    (5)墩柱塑性铰区域配筋不足； 

    (6)柱底及与桩连接处的纵向钢筋不足。 

4抗震加固方案的制定 
4．1加固方案 
    综合考虑既满足提高该桥抗震性能，又便于现场实施，在节省投资的前提下，采用的方案为： 

    (1)除了第5跨和第6跨之问的节点保留外，去掉所有桥面板间的节点； 

    (2)重建1～5跨间破损的混凝土桥面板，桥面由原来的简支变为连续结构； 

    (3)将现有桥台由传统结构改成与桥梁成半整体的结构，采用国际上的新作法――半整体式桥台； 

    (4)将桥台处T形梁端联接成一个整体； 

    (5)安装纵向拉杆将第5跨和第6跨联接在一起； 

    (6)桥墩及桥台上安装钢筋混凝土抗剪装置； 

    (7)摆柱式钢支座外包钢筋混凝土，进行防失稳加固； 

    (8)在2号墩、3号墩与桩节点处增加钢筋混凝土套筒。 

4．2加固方案的创新点 
    (1)1～5跨的桥面板由简支变连续，不仅提高了桥梁抗震能力，而且桥梁的承载能力及服务状况有了极大的提高。桥面板变连续方案的优点包括： 

    ①消除了维护保养桥面板节点的费用；②活载产生的弯矩重新分布，因此降低了T形梁对正弯矩限值的要求，提高了桥梁的承载能力；③拉杆在纵向将简支梁联系在一起，减少了纵向防落梁约束装置；④减少了行车引起的桥梁振动，行车舒适。 

    (2)引入了半整体式桥台这一原理及将相邻的桥台处T梁端联接成一个整体。半整体式桥台原理自20世纪90年代以来已在北美新建桥梁上得到应用，但用于旧桥修复加固还不多见，采用该结构可带来以下好处：①消除了T梁端和桥台台帽之间的节点；②将有效地使被动土压力抵消结构的反力，使桥梁内力直接传递给地基土，从而降低了桥梁抗震对结构的要求；③在没有改变桥台台帽宽度的情况下，能提供额外的支撑长度；④能较好地促进活载的横向分布。 

    同样地，通过将相邻的桥台处T梁端联接成一个整体及桥面变连续，在地震力作用下，对桥梁上部结构而言有“拉一回”体系的作用；阻止桥台回填物沉降引起的不利效应；降低侧向土压力和活载共同作用对桥台产生的影响，改善桥台的受力。 

    (3)加固方案的施工可行性。最终推荐的加固方案都是比较常规的、利用当地现有的设备及原材料就可以实现，便于施工实施。 

5抗震加固设计 
    混凝土套筒、半整体式桥台、纵向约束设计及摆柱式钢支座外包钢筋混凝土设计。 


6 结 论 
    石羊江桥抗震加固工程于2005年8月30日完成。加固前该桥抗震性能评估等级R=V×E=28，加固后，R=14；经对该桥抗震性能计算分析，石羊江桥加固后主要受力构件墩柱的抗弯和抗剪能力均能满足设计地震E2的需求，挡块、桥台等能力保护构件也能满足设计地震的要求；加固前后自振特性测试表明，加固后竖向振动频率一阶提高6．6％，相应阻尼比一阶降低33％，横向振动频率一阶提高14.6％，相应阻尼比一阶降低34％，加固前后纵桥向振动频率变化很小，即抗震加固后桥梁结构竖向、横向刚度以及整体受力性能得到较大提高。