增大截面法在雙曲拱橋加固中的應(yīng)用

楊雪

（北京中交橋宇科技有限公司）

增大截面法在雙曲拱橋加固中的應(yīng)用

楊雪

（北京中交橋宇科技有限公司）

以廣西某雙曲拱橋為例，對該橋目前所呈現(xiàn)的各種病害歸納匯總和成因分析。通過增大拱肋截面并增大橫系梁截面的方法來提高橋梁承載能力、增強主拱剛度、橫橋向穩(wěn)定性以及改善橋梁行車舒適性的思想對此類橋梁進行加固，以期給類似橋梁的加固改造提供參考。

雙曲拱橋；增大截面；橋梁加固

1 引言

雙曲拱橋由于節(jié)省材料、造價低廉、施工簡便、造型美觀等特點，在我國橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，是我國20世紀60～70年代建設(shè)最多的一種拱橋形式。近年來，隨著我國路網(wǎng)改造、舊路改建和公路等級的提升，交通量的日益增大，重型車輛的日漸增多，限于雙曲拱橋當(dāng)時設(shè)計水平和荷載等級標準較低，加之結(jié)構(gòu)的鋼材用量少，使得雙曲拱橋在運營一段時間后，都出現(xiàn)了不同程度的病害，嚴重影響橋梁的使用壽命和通行安全。

本文在總結(jié)分析雙曲拱橋各種病害類型及其產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，著重研究雙曲拱橋的加固方法，最后結(jié)合工程實例，介紹增大截面法在加固雙曲拱橋中的運用，并運用大型空間有限元軟件midas-civil對加固前后的結(jié)構(gòu)受力狀況進行分析。結(jié)果表明，對現(xiàn)有雙曲拱橋進行合理的加固改造，可以恢復(fù)提高其承載能力，對于消除交通隱患、提高通行能力具有重要意義。

圖1 雙曲拱橋型布置圖

2 工程概況

該雙曲拱橋位于廣西省境內(nèi)，全橋共3跨，橋長179.40m，橋?qū)?.00m。該橋為上承式鋼筋混凝土助拱橋。橋面布置為1.00m（左側(cè)人行道）+7.00m（車行道）+1.00m（右側(cè)人行道）。大橋上部結(jié)構(gòu)為3×50m上承空腹式鋼筋混凝土雙曲拱橋，橋下凈高28.35m，矢跨比1/6；下部結(jié)構(gòu)為重力式橋墩，重力式U型橋臺，擴大基礎(chǔ)。該橋于1991年竣工，設(shè)計荷載為“汽-20”，設(shè)計洪水頻率50年一遇。

3 橋梁病害及成因分析

3.1 主要病害情況

（1）全橋橋面共存在6處坑槽、2處鼓包、9處破損、23處開裂、1處劃痕，橋面中央分割線上瀝青縱向開裂，裂縫松散，左側(cè)橋面均有不同程度鼓包，車痕。

（2）全橋拱肋、拱波出現(xiàn)多處縱向開裂、破損露筋病害；全橋腹拱圈出現(xiàn)多處橫、斜向裂縫以及破損露筋、滲水泛堿等病害。

（3）橋墩、橋臺以及拱座出現(xiàn)多處滲水泛堿、麻面以及開裂等病害。

3.2 主要病害原因分析

（1）隨著經(jīng)濟發(fā)展，道路等級提級后，交通量加大，超限車輛加重了橋梁病害的發(fā)展。

（2）該橋施工質(zhì)量較差，降低了橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力，導(dǎo)致局部構(gòu)件開裂、破損嚴重。

（3）橋面鋪裝破壞，雨水下滲，加速主拱、腹拱的病害發(fā)展。

4 橋梁加固方法

針對雙曲拱“化零為整”的結(jié)構(gòu)特點、橋梁病害情況、現(xiàn)狀橋梁承載能力驗算結(jié)果以及目前該橋按照公路—Ⅱ級的荷載等級通行的多種情況，綜合考慮后，確定采用增大截面加固的方法。以下是具體加固措施。

1）雙曲拱主拱肋外包混凝土，底面加大20cm，主拱肋兩側(cè)加大12cm，主拱下橋臺前墻及墩臺縱向整體加大截面，以作新增外包截面基礎(chǔ)；主拱拱腳拱背增大截面。

2）對橫隔板進行增大截面加固，橫隔板底面與拱肋增大截面齊平。

3）腹拱拱腹增加厚度為15cm的鋼筋混凝土套拱，對近主拱頂?shù)膬闪⒅鶋ν獍?0cm厚鋼筋砼加大截面，其余立柱墻增設(shè)40cm厚鋼筋砼牛腿，牛腿植筋錨固在拱座或立柱墻上。

4) 拱肋新增混凝土縱橋向分為四次澆筑，橫橋向先澆筑1、3、5#拱肋，再澆筑2、4#拱肋，每個節(jié)段混凝土待其強度達到設(shè)計強度的80%，再澆筑下一節(jié)段混凝土。施工前，在主拱肋拱頂、1/4點等處埋設(shè)變形及應(yīng)變裝置，隨時監(jiān)控拱肋關(guān)鍵部位的應(yīng)變和變形變化，保證結(jié)構(gòu)安全。加固后橋梁跨中橫斷加固見圖2。

圖2 雙曲拱跨中橫斷面加固示意圖

5 橋梁加固前后效果對比分析

5.1 計算方法

采用Midas/civil結(jié)構(gòu)計算軟件，建立平面梁單元模型進行內(nèi)力計算。拱上填料用梯形線荷載模擬，車道荷載作用于橋面梁單元，通過填料、腹拱及立柱傳遞至主拱肋。

5.2 驗算內(nèi)容及荷載組合

主要計算加固前和加固后拱肋在拱腳、2號立墻處、4號腹拱與主拱交界處、拱頂控制截面在恒載、活載及溫度荷載等作用下的強度及穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求。（本報告中規(guī)定軸力以負值為受壓；彎矩以正值表示下緣受拉，負值表示上緣受拉。）

按照公路—Ⅱ級的荷載等級計算加固前和加固后腹拱圈拱腳、1/4、拱頂控制截面在恒載、活載及溫度荷載等作用下的強度是否滿足規(guī)范要求。

進行以上計算時考慮以下兩種荷載的組合，計算結(jié)果已經(jīng)按照規(guī)范計入各分項系數(shù)。

（1）基本組合

組合一：1.0(1.2或1恒載 +1.4汽車荷載)

組合二：1.0(1.2或1恒載+1.4汽車荷載+0.8*1.4（整體溫度+收縮徐變）)

（2）正常使用極限狀態(tài)驗算組合

A.作用短期效應(yīng)組合（組合Ⅱ）

組合一：恒載+0.7汽車荷載

組合二：恒載+0.7汽車荷載+0.8(整體溫度+收縮徐變)

B.作用長期效應(yīng)組合（組合Ⅰ）

組合一：恒載+0.4汽車荷載

組合二：恒載+0.4汽車荷載+0.8(整體溫度++收縮徐變)

圖3 雙曲拱橋有限元計算模型

5.3 加固前計算結(jié)果

組合后軸向力最不利時主拱肋各控制截面的驗算結(jié)果見表1：

表1 組合軸向力最不利時拱肋各截面驗算結(jié)果

組合后彎矩最不利時主拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表2：

表2 組合彎矩最不利時主拱各截面驗算結(jié)果

組合后軸向力最不利時腹拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表3：

表3 組合軸向力最不利時腹拱各截面驗算結(jié)果

組合后彎矩最不利時腹拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表4：

表4 組合彎矩最不利時腹拱各截面驗算結(jié)果

通過表1至表4可知，主拱圈及腹拱圈各主要截面強度在承載能力極限狀態(tài)下均不滿足公路—Ⅱ級荷載等級要求。

5.4 加固后計算結(jié)果

組合后軸向力最不利時主拱肋各控0制截面的驗算結(jié)果見表5：

表5 組合軸向力最不利時拱肋各截面驗算結(jié)果

組合后彎矩最不利時主拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表6：

表6 組合彎矩最不利時主拱各截面驗算結(jié)果

組合后軸向力最不利時腹拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表7：

表7 組合軸向力最不利時腹拱各截面驗算結(jié)果

組合后彎矩最不利時腹拱圈各控制截面的驗算結(jié)果見表8：

表8 組合彎矩最不利時腹拱各截面驗算結(jié)果

通過表5至表8可知，主拱圈及腹拱圈各主要截面強度在承載能力極限狀態(tài)下均滿足公路—Ⅱ級荷載等級要求。

6 結(jié)語

本文以廣西某雙曲拱橋為例，采用增大截面的加固方法，驗算結(jié)果表明，該方法能有效增加橋梁橫向穩(wěn)定性，使得各拱肋受力均勻，提高結(jié)構(gòu)承載能力，滿足道路提級的需要，同時增大截面加固的方法并沒有改變原橋的截面形式，從而較為完整的保留了雙曲拱橋本身具有的美觀特性。因此，增大截面加固的方法對于類似橋梁的加固改造具有一定的參考價值。