淺析雙曲拱橋的常見病害及處治方法

溫顯峰，李彥陽(yáng)

(1.大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院;2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué))

淺析雙曲拱橋的常見病害及處治方法

溫顯峰1，李彥陽(yáng)2

(1.大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)院;2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué))

由于當(dāng)時(shí)存在結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和施工上的缺陷，一些舊的雙曲拱橋從運(yùn)營(yíng)到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多問題。結(jié)合目前雙曲拱橋的現(xiàn)狀及存在的主要病害進(jìn)行原因分析，提出了相應(yīng)的處治對(duì)策。

雙曲拱橋;病害分析;處治;加固

1 雙曲拱橋現(xiàn)狀

結(jié)合對(duì)東北三省一些舊雙曲拱橋的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)除了混凝土結(jié)構(gòu)物共存的一些病害外，雙曲拱橋一般還存在如下情況。

(1)橋梁設(shè)計(jì)荷載偏低;

(2)橫向聯(lián)系弱，整體性差;

(3)在拱頂拱波的頂部，普遍存在縱向裂縫;(4)墩臺(tái)承載力不足，出現(xiàn)沉降或位移等現(xiàn)象。

2 雙曲拱橋主要病害及成因

雙曲拱橋的病害原因是多方面的，在設(shè)計(jì)理論、施工方法和質(zhì)量上都存在一些問題，加之建成后養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩?，致使雙曲拱橋出現(xiàn)了一些必然的病害。

2.1 拱波縱向開裂

拱波的縱向裂縫是雙曲拱橋最常見的病害，裂縫從拱肋底部下邊緣向上延伸。由于雙曲拱橋的拱圈強(qiáng)度不足，在正彎矩作用下導(dǎo)致拱肋下緣開裂;或由于墩臺(tái)產(chǎn)生水平位移，使拱頂?shù)恼龔澗丶哟螅估呦戮夐_裂;又因橫向聯(lián)系剛度較弱，活荷載橫向分布較差，拱肋受力不均勻，造成各拱肋變形存在較大差異，改變了拱波的受力狀態(tài)，加速拱波的裂縫產(chǎn)生;加之建設(shè)時(shí)鋼材用量不足，拱波配筋很少;脫模起吊時(shí)稍有不慎都會(huì)造成拱波開裂，在外荷載作用下，其裂縫將進(jìn)一步地?cái)U(kuò)張。

2.2 墩臺(tái)位移而引起破壞

拱橋與梁橋的區(qū)別在于前者存在水平推力，雙曲拱橋自重較大，其相應(yīng)的水平推力也較大。當(dāng)設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)或地基承載力不足時(shí)，往往容易引起墩臺(tái)較大水平的位移和沉降，這樣，必將引起上部結(jié)構(gòu)的損害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整座橋梁的坍塌。

2.3 橋面破損

造成橋面破損的主要原因是鋪裝層少鋼筋、混凝土強(qiáng)度低、表面磨損、腐蝕、老化、缺乏養(yǎng)護(hù)等而造成的。

3 雙曲拱橋的加固改造

對(duì)于不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)碾p曲拱橋，應(yīng)從安全、經(jīng)濟(jì)、適用等方面綜合考慮是否進(jìn)行維修加固。如果能采取有效的加固改造措施，使其恢復(fù)設(shè)計(jì)承載力或提高荷載標(biāo)準(zhǔn)，延長(zhǎng)橋梁的使用年限，使其繼續(xù)為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù)，則可以給國(guó)家?guī)砭薮蟮纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)行橋梁維修加固時(shí)，應(yīng)區(qū)別其情況，采取相應(yīng)的處治措施，以確保處治得當(dāng)，施工安全。

3.1 增大主拱肋受力截面

增加拱肋斷面的面積，可以提高截面慣性矩，增加拱肋斷面的含筋率，從而減小主拱肋的繼續(xù)變形，達(dá)到增加拱橋的承載能力的目的，使維修加固后的舊拱橋可繼續(xù)使用。

3.2 基礎(chǔ)的維修加固

對(duì)于局部基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重的可進(jìn)行回砌或采取適當(dāng)防護(hù);如果基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，則應(yīng)采用環(huán)氧樹脂砂漿予以封堵，必要時(shí)還可采用碳素纖維或鋼筋混凝土予以包裹;當(dāng)?shù)鼗休d力不足時(shí)，可以采用在基礎(chǔ)四周旋噴混凝土樁進(jìn)行地基處理，以提高地基的承載能力。

4 關(guān)于雙曲拱橋設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

雙曲拱橋從受力角度看有普通拱橋的一些共性，但雙曲拱橋主要承重部分的結(jié)構(gòu)型式與其不同，它是由拱肋、拱波、拱板和橫向聯(lián)系組成的，是分部施工、先后受力、最后聯(lián)成整體的。因此，在設(shè)計(jì)上予以重視也可以降低雙曲拱橋在運(yùn)營(yíng)過程中病害的產(chǎn)生。

4.1 雙曲拱矢跨比與拱軸線型

雙曲拱矢跨比與拱軸線型是任何拱橋都要考慮的問題。要充分發(fā)揮拱的優(yōu)點(diǎn)，使全跨截面上都能獲得盡可能的壓應(yīng)力。從受力觀點(diǎn)看，矢跨比過坦或過陡都是不利的，雙曲拱的矢跨比則一般小于1/4是比較合理的。

4.2 拱圈的截面形式和組成的整體性

雙曲拱拱圈的橫截面，從整體來看，是波浪形或連拱形，以相等的面積，比之矩形截面可以得到更多的慣矩，因而材料節(jié)省、抗彎能力較大、整體剛性也較好。但截面一般是由拱肋、拱板、拱波和橫向聯(lián)系四個(gè)部分組成，只有保證這四個(gè)部分結(jié)合成整體聯(lián)合受力的條件下，才能發(fā)揮前述的優(yōu)點(diǎn)。

4.3 主拱活載內(nèi)力的橫向分配和拱肋橫向聯(lián)系的設(shè)計(jì)

目前，在采取措施加強(qiáng)主拱圈縱橫向整體性的條件下，車輪荷載在橫向分配一般是按橋面全寬平均分布計(jì)算的;但為了使雙曲拱橋在設(shè)計(jì)理論上更加完善，最好能仿照梁式橋跨一樣，引進(jìn)一個(gè)橫向分配系數(shù)來計(jì)算。

4.4 拱上建筑的設(shè)計(jì)和主拱與拱上建筑的聯(lián)合作用

拱上建筑首先把自身恒載加在主拱上，然后成為活載的傳力體系，同時(shí)也參與主拱圈的聯(lián)合受力，大大加強(qiáng)了主拱的剛度，因此，拱上建筑宜按下列原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)把拱上建筑的重量盡量均勻地分布在主拱圈上，合理地調(diào)節(jié)重量與構(gòu)造的關(guān)系，使拱軸壓力線盡量符合設(shè)計(jì)的拱軸線。

(2)拱上構(gòu)造要注意增強(qiáng)拱圈的橫向整體性，并把活載橫向較均勻地分布在拱圈全寬上。

(3)大量資料表明，拱上建筑的裂縫主要是由主拱變形引起的，因此，必須設(shè)置完善的變形縫。

［1］公路雙曲拱橋［M］.北京：人民交通出版，1980.

［2］蒙云，盧波.橋梁加固與改造［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］黃麗平，張建華.雙曲拱橋的維修與加固［J］.交通科技與經(jīng)濟(jì)，2003，(3).

［4］劉晉華.雙曲拱橋的現(xiàn)狀及處治對(duì)策［J］.山西交通科技，2005，(6).

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