剛架拱橋荷載試驗與加固技術(shù)研究

陳 耿

(鎮(zhèn)江市交通工程建設(shè)管理處,江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

0 引 言

剛架拱橋造型新穎、簡潔、美觀,受力介于連續(xù)梁與拱之間。中跨主梁與兩斜腿構(gòu)成 “拱式結(jié)構(gòu)”,受力與折線拱類似,其邊跨與中跨主梁所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與三跨連續(xù)梁類似。由于折線拱偏離恒載壓力線,彎矩比拱橋大,而軸向力又比拱橋小,另外邊跨為受彎構(gòu)件,所以,不能像拱橋那樣可用圬工材料建筑;又由于主跨結(jié)構(gòu)多為偏壓構(gòu)件,所以受力在許多方面比連續(xù)梁有優(yōu)勢。因此,剛架拱橋在公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

以往對剛架拱橋大量的研究主要集中在設(shè)計、施工、監(jiān)控等方面,對剛架拱橋的檢測加固技術(shù)的研究相對較少,關(guān)于公路大件運輸中剛架拱橋的承載力評估和加固處治技術(shù)的研究就更少。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化進程,公路大件運輸日趨頻繁,荷載規(guī)模也在不斷增加,如何快速、有效的評判沿線橋梁的通行能力,并制定合理、經(jīng)濟的加固處治措施已成為一個迫切需要解決的問題。

本文以一座多孔20m跨徑剛架拱橋為例,考慮大件運輸通行需要,對其荷載試驗、加固技術(shù)、承載力分析等進行研究,以期為今后類似項目提供借鑒。

1 項目概況

因建設(shè)需要,現(xiàn)某總重達620 t的大件運輸車輛需經(jīng)過河南省國道107線、省道新濟線、焦克線,其中沿線需通過一座12孔20 m跨徑剛架拱橋。該橋1980年建成通車,設(shè)計標準為汽車-20級、掛車-100,人群荷載350 kg/m2,橋面布置:凈-9m(車行道)+2×1.5m(人行道),橋梁概貌如圖1所示。需采取有效措施,確保大件運輸車輛安全通過橋梁。

2 靜載試驗與通過性評價

在荷載試驗準備過程中,對剛架拱橋進行了詳細的橋梁外觀檢查,主要針對裂縫、連接部位、結(jié)構(gòu)整體性、墩臺、排水設(shè)施等方面進行檢查。檢查發(fā)現(xiàn):橋梁主體受力部件基本完好,少量拱肋拱頂有小于0.1 mm的裂縫;部分拱肋間橫向系桿混凝土破損,局部露筋;部分橋墩蓋梁混凝土破損,有混凝土剝落。

圖1 剛架拱橋概貌

本次荷載試驗將進行主拱圈控制截面的正應(yīng)力和撓度觀測,試驗荷載工況為第一跨拱頂受大件運輸車輛作用工況。根據(jù)等代荷載法,將大件運輸車輛荷載效應(yīng)換算為等代的試驗車輛荷載進行試驗,計算換算成40～45 t級載重汽車4輛進行加載,前后兩排,中載布置。加載前,每輛加載車輛需過磅稱重。

本次靜載試驗效率為 1.02,為了加載安全,防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷,以及了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗荷載增加的變化規(guī)律,本次靜載試驗各工況荷載分成四級加載,具體如下:

第一級單車:乙Q-00625;

第二級雙車:乙Q-00625+豫K-22908;

第三級三車:乙Q-00625+豫K-22908+豫G-32718;

第四級四車:乙Q-00625+豫K-22908+豫G-32718+豫A-41513。

加載車輛布置如圖2所示。

圖2 荷載試驗加載車輛布置示意

測點布置:

(1)正應(yīng)力測點

第一跨主拱圈拱頂中截面設(shè)置6個測點;上弦桿布置3個測點。每一測點貼應(yīng)變片,采用專用靜態(tài)應(yīng)變采集儀進行數(shù)據(jù)的自動采集和整理。

(2)撓度測點

第一跨橫向分左、中二個測點。撓度觀測采用精密水準儀,測試精度為0.01 mm。

剛架拱橋荷載試驗結(jié)果如表1～表4:

表1 試驗荷載測點實測應(yīng)力 (單位:MPa)

表2 應(yīng)力效驗系數(shù)與相對殘余變形

表3 試驗截面撓度觀測結(jié)果

表4 撓度效驗系數(shù)與相對殘余變形

由以上試驗結(jié)果分析如下:

(1)剛架拱橋在各級荷載的作用下,實測值與理論計算值具有較好的相關(guān)性,表明結(jié)構(gòu)尚處于彈性工作狀態(tài)。

(2)本次試驗加載效率為大件車荷載的1.02倍,在此試驗荷載作用下,應(yīng)力效驗系數(shù)為1.06,說明該橋承載力略有不足,不能滿足大件運輸車輛通過的需要。

(3)最不利荷載作用下拱頂?shù)膿隙刃炏禂?shù)0.67,卸載后彈性恢復(fù)較好。

(4)試驗過程中經(jīng)詳細檢查,未發(fā)現(xiàn)拱頂既有裂縫在荷載作用下延伸或加寬,未發(fā)現(xiàn)新增加裂縫,其他受拉區(qū)域,如上弦桿未發(fā)現(xiàn)裂縫。

根據(jù)靜載試驗結(jié)果并結(jié)合橋梁現(xiàn)狀進行綜合分析,確定剛架拱橋需要進行承載力加固方能通行大件運輸車輛。

3 加固技術(shù)方案的確定

因本橋只是為了實現(xiàn)大件的安全通過,而在近期的道路規(guī)劃中將被廢棄,同時考慮經(jīng)濟因素的影響,因此決定采用臨時性加固方案,并對臨時性加固方案前后的橋梁結(jié)構(gòu)進行驗算。具體加固措施為:

(1)為確保大件運輸車輛安全通過,根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)形式以及橋下地形條件,采用萬能桿件在各跨跨中位置搭建臨時墩的措施對上部結(jié)構(gòu)進行臨時加固。在臨時墩頂采用枕木條與梁底接觸,枕木條應(yīng)與拱圈頂緊,以便臨時墩能及時有效分擔荷載,以保證拱圈不會發(fā)生太大變形而破壞。

(2)對混凝土缺損和表面裂縫等病害進行修補,并在大件運輸車輛過橋時加強對橋梁結(jié)構(gòu)進行觀測。

4 加固前后結(jié)構(gòu)計算分析

(1)加固前該橋的受力狀態(tài)經(jīng)結(jié)構(gòu)驗算分析,該橋在大件運輸特載車下拱頂截面強度不能滿足要求,見圖3、圖4和表5所示。

圖3 加固前恒載+特載車下拱頂彎矩最大值

圖4 加固前恒載+特載車下拱頂軸力最大值

表5 加固前的拱頂截面強度驗算

(2)加固后該橋的受力狀態(tài)

采用中跨加設(shè)臨時支撐墩的方式加固,加固示意圖如圖5所示,受力分析見圖6、圖7及表6。

圖5 臨時支撐墩加固示意

圖6 加固后恒載+特載車下拱頂彎矩最大值

圖7 加固后恒載+特載車下拱頂軸力最大值

表6 加固后的拱頂截面強度驗算

加固后,拱頂截面受力由正彎矩變?yōu)樨搹澗?最大正彎矩發(fā)生在次拱腿處,整個主跨軸力值均降低,跨中截面強度滿足通行要求,對于斜腿與主梁連接處產(chǎn)生的較大的正彎矩,在采取了相應(yīng)的措施處理后,均可滿足要求。

5 結(jié) 語

本文對大件車過既有剛架拱橋的荷載試驗檢測技術(shù),以及通過檢測確定的加固技術(shù)方案等問題展開了討論和研究。詳細闡述了該橋荷載試驗步驟,并根據(jù)試驗結(jié)果,兼顧安全性和經(jīng)濟性,提出了較為適用的臨時性加固方案。對加固前后的橋梁結(jié)構(gòu)進行分析計算,計算結(jié)果表明加固方案可行,能夠有效解決大件運輸車輛安全過橋的特殊要求。

[1]胡釗芳,上官兵.北門剛架拱危橋加固通行特種車輛的技術(shù)[J].公路交通科技,2002,19(3):86-89.

[2]廖昭鼎.超大件設(shè)備運輸過橋驗算及加固方案介紹[J].公路,2001,(6):45-49.

[3]康俊濤,王國鼎,高榮雄,等.特種荷載過橋的加固措施[J].世界橋梁,2004,(2):62-64.

[4]林炎.特重(超限)車輛通過橋梁的加固方法[J].中南公路工程,2001,26(3):63-64.

[5]李擁軍.一剛架拱橋的加固方案分析及施工[J].市政技術(shù),2004,22(4):202-204,228.

[6]方納新,王樹棟.一種保障超重車輛過橋的臨時加固法[J].公路交通科技,2002,19(1):58-60.