雙曲拱橋維修加固處理研究

肖玨

摘 要：雙曲拱橋自上世紀(jì)60年代誕生以來(lái)，就一直在我國(guó)交通運(yùn)輸及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中擔(dān)任重要角色。很多已經(jīng)年久失修，文章結(jié)合永州市道縣岑江渡雙曲拱橋加固改造工程實(shí)例，在廣泛查閱雙曲拱橋相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，介紹了對(duì)主拱圈箱形拱改造同時(shí)拱背加厚綜合加固法的方案，運(yùn)用MIDAS軟件對(duì)加固前后橋梁的強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)算。

關(guān)鍵詞：雙曲拱橋；加固改造設(shè)計(jì)；MIDAS

中圖分類號(hào)：U448.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）11-0153-02

1 工程概況

岑江渡雙曲拱橋地處永州市道縣，是G207上的一座重要橋梁，該橋始建于1969年，老橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)不詳，設(shè)計(jì)、施工、竣工資料缺失，未對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)條件進(jìn)行探明，地質(zhì)情況不明。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)據(jù)恢復(fù)，橋梁上部結(jié)構(gòu)為3—凈35 m雙曲拱橋，拱上建筑采用拱式腹拱結(jié)構(gòu)，拱軸線采用懸鏈線，拱肋為鋼筋混凝土拱肋，拱軸系數(shù)m=2.24，凈矢高5.833 m，矢跨比1/6，拱圈為等截面。該梁下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋墩臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬為8.28 m（7.08 m行車道+2×0.6 m防撞欄桿），橋梁總長(zhǎng)127.0 m。由于該橋使用時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、加上長(zhǎng)期的超載車輛通行，導(dǎo)致該橋部分結(jié)構(gòu)損壞。經(jīng)檢測(cè)，該橋已成為4類危橋，如圖1和圖2所示，急需對(duì)其進(jìn)行維修加固處理，以消除安全隱患，改善交通條件。

2 維修加固建議

岑江渡雙曲拱橋在運(yùn)營(yíng)了幾十年后主體結(jié)構(gòu)存在不同程度的損傷和病害，難以確保設(shè)計(jì)荷載下使用期安全和具有足夠的使用壽命，特別是在超載普遍存在的情況下，加固和改造是必須的。建議對(duì)該橋進(jìn)行如下加固處理。

①對(duì)結(jié)構(gòu)表面裂縫進(jìn)行灌漿封縫處理，防止內(nèi)部鋼筋腐蝕、混凝土碳化；②更換拱上砂礫填料，設(shè)置防水層；將拱上側(cè)墻松動(dòng)、移位部分更換；更換橋面系和橋面排水設(shè)施；③對(duì)臺(tái)后部分填土進(jìn)行換填，同時(shí)將3#臺(tái)右側(cè)耳墻鼓脹部位拆除重建，對(duì)砌體勾縫缺失部位進(jìn)行補(bǔ)勾縫；④雙曲拱肋拱截面轉(zhuǎn)換為箱形拱截面，同時(shí)加厚拱背和增大拱腳截面。

3 主拱圈加固設(shè)計(jì)方案

①在主拱圈拱肋底面之間增加15 cm厚C40現(xiàn)澆鋼筋硂板，將雙曲拱肋拱截面轉(zhuǎn)換為箱形拱截面。②在靠近每個(gè)拱腳的主拱圈背部（二個(gè)腹拱段）先將拱波間凹部澆平，再在拱背上增加10～20 cm厚C40現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱板，采用植筋方法使新增鋼筋混凝土與原拱圈連接，增大拱腳截面，使拱腳處承受負(fù)彎矩的能力得到加強(qiáng)。如圖3所示：

4、維修加固前結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與驗(yàn)算

4.1 內(nèi)力組合計(jì)算

考慮到建模時(shí)將主拱圈截面組合為一個(gè)整體以及材料老化等原因，混凝土折減按C25砼相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、橋面系荷載）+1.4（移動(dòng)荷載）組合為承載能力極限狀態(tài)。如圖4所示：

4.2 加固前承載能力驗(yàn)算

僅列出第一跨主拱圈，見表1：

通過(guò)計(jì)算第一跨主拱圈1/4 L拱腳截面附近和第三跨主拱圈3/4 L拱腳截面附近不滿足0.6 s要求。0#臺(tái)拱腳、第一跨3/4 L附近處、1#墩拱腳、第二跨3/4 L附近處、2#墩拱腳、第三跨3/4 L附近處以及3#臺(tái)拱腳不滿足抗壓要求，既主拱圈截面強(qiáng)度不滿足公路—II荷載等級(jí)要求，需要對(duì)主拱圈進(jìn)行加固。

4.3 剛度驗(yàn)算

岑江渡雙曲拱橋在一個(gè)橋跨范圍內(nèi)的正負(fù)撓度的絕對(duì)值之和的最大值為35.963 mm，按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004），大于規(guī)范規(guī)定的計(jì)算跨徑的1/1 000（35.000 mm）。所以，岑江渡雙曲拱橋剛度已經(jīng)不滿足要求。如圖5所示：

5 箱形拱改造法加固后結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與驗(yàn)算

5.1 箱形拱改造法加固后MIDAS建模

①單元的劃分：全橋主拱圈為等截面箱形截面，每個(gè)構(gòu)件的單元?jiǎng)澐峙c維修加固前單元?jiǎng)澐忠粯樱珮蚬矂澐譃?31個(gè)單元。②荷載、構(gòu)件連接以及邊界條件：與維修加固前相關(guān)設(shè)置一樣。如圖6所示：

5.2 箱形拱改造法加固后內(nèi)力分析

箱形拱改造法加固后承載能力驗(yàn)算：（僅列出第一跨主拱圈），見表2：

通過(guò)驗(yàn)算第一跨主拱圈1/4L拱腳到跨中截面、第二跨跨中、2#以及第三跨跨中到主拱圈3/4L截面附近不滿足0.6 s要求。0#臺(tái)拱腳附近以及3#臺(tái)拱腳附近不滿足正截面強(qiáng)度計(jì)算，既主拱圈截面強(qiáng)度不滿足公路—II荷載等級(jí)要求，仍需對(duì)加固方法進(jìn)行改進(jìn)。

6 綜合法加固后結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與驗(yàn)算

6.1 建模及說(shuō)明

全橋主拱圈、立柱、橋墩及腹拱圈采用梁?jiǎn)卧?，全橋共劃分?31個(gè)單元。每個(gè)構(gòu)件的單元?jiǎng)澐峙c維修加固前單元?jiǎng)澐忠粯?。荷載和構(gòu)件連接與邊界條件等也與維修加固前單元?jiǎng)澐忠粯?，如圖7所示：

6.2 內(nèi)力計(jì)算與驗(yàn)算

①內(nèi)力計(jì)算。計(jì)算中將新增混凝土C40砼按C30砼相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算，不考慮主拱圈新增混凝土與老混凝土收縮徐變的不統(tǒng)一。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、橋面系荷載）+1.4（移動(dòng)荷載）組合為承載能力極限狀態(tài)，如圖8所示：

②加固后承載能力驗(yàn)算。通過(guò)計(jì)算主拱圈截面偏心距滿足0.6 s要求，主拱圈也滿足抗壓要求。通過(guò)加固后主拱圈截面強(qiáng)度滿足公路—II級(jí)荷載等級(jí)要求，并具有一定的安全儲(chǔ)備。承載能力極限狀態(tài)（1.2恒荷載+1.4移動(dòng)荷載）下驗(yàn)算結(jié)果見表3（僅列出第一跨）。

從加固后的分析驗(yàn)算看出，結(jié)構(gòu)的正截面強(qiáng)度、應(yīng)力、和剛度均滿足規(guī)范要求，并具有一定的安全儲(chǔ)備。從穩(wěn)定分析模型的計(jì)算結(jié)果可以看出，拱肋的穩(wěn)定性安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的4～5，故本結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下不會(huì)存在結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的問(wèn)題。再通過(guò)加固前后對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，綜合加固法加固后的撓度最小，見表3：

7 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算分析，設(shè)計(jì)了合理的維修加固方案，既運(yùn)用箱形拱改造同時(shí)拱背加厚綜合加固法對(duì)岑江渡雙曲拱橋進(jìn)行了維修加固，通過(guò)對(duì)岑江渡雙曲拱橋的維修加固研究總結(jié)出結(jié)論：

①同僅采用箱形拱改造法相比，綜合加固法（箱形拱改造同時(shí)拱背補(bǔ)強(qiáng)綜合法）通過(guò)在主拱圈拱腳區(qū)段的拱背上澆筑混凝土，使跨中撓度明顯減少，從而滿足剛度要求。

②對(duì)像岑江渡雙曲拱橋同類型橋，選擇合理的加固方案至關(guān)重要，僅采用箱形該改造法，主拱圈截面附近無(wú)法滿足偏心距小于0.6 s要求，同時(shí)拱腳處也不滿足抗壓要求，而宜采用箱形拱改造同時(shí)拱背補(bǔ)強(qiáng)綜合法。

參考文獻(xiàn)：

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