某圬工拱橋加固分析

劉 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710075)

某圬工拱橋加固分析

劉 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710075)

為達(dá)到橋梁的拓寬、提載要求，擬采用鋼筋混凝土套箍方式對(duì)某圬工拱橋進(jìn)行加固，并通過MIDAS對(duì)圬工拱橋加固前后的內(nèi)力進(jìn)行分析可知，鋼筋混凝土套箍承擔(dān)了部分內(nèi)力，提高了全橋的承載能力。

圬工拱橋，拓寬，鋼筋混凝土套箍，承載能力

1 工程背景

某圬工拱橋，修建于1998年，為人行觀光橋，人群荷載為3.5 kN/m2。原主橋上部結(jié)構(gòu)為塊石板拱，下部結(jié)構(gòu)均為重力式橋臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。主拱圈凈跨徑為70 m，矢高為11.667 m，拱軸線為懸連線，拱軸系數(shù)為3.841(見圖1)。

該橋原寬為3.6 m，擬對(duì)該橋進(jìn)行拓寬改造，使得該橋橋面寬度增加為1.25 m+4 m+1.25 m，滿足橋梁人行和單車道通過橋梁的要求。拓寬改造前、后橋梁斷面分別見圖2，圖3。

2 加固改造思路及結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容

為提高該橋的承載能力，滿足使用要求，擬對(duì)橋梁進(jìn)行以下改造：

1)采用鋼筋混凝土套箍封閉主拱圈，提高塊石頭板拱圈承載能力，拱頂實(shí)腹范圍內(nèi)及橫墻位置采用U形套箍(見圖4)，其余為主拱圈全部采用箱形套箍(見圖5)；2)增大橋臺(tái)基礎(chǔ)，提高基礎(chǔ)承載能力，以保證提高荷載后橋梁基礎(chǔ)的使用安全；3)對(duì)橫墻根部進(jìn)行加固，提高橫墻與主拱圈的連接剛度，增強(qiáng)拱上建筑的聯(lián)合作用；4)增大腹拱截面，提高腹拱圈的承載能力，以滿足汽車通行的需要；5)增設(shè)懸挑橋面板，在懸挑橋面板上設(shè)置人行道板及護(hù)欄及鋼結(jié)構(gòu)亭子。

根據(jù)以上維修加固思路，需進(jìn)行以下結(jié)構(gòu)分析，以保證結(jié)構(gòu)的安全：1)原有結(jié)構(gòu)承載能力分析，驗(yàn)證原結(jié)構(gòu)是否能夠滿足使用要求；2)若原有結(jié)構(gòu)承載能力不滿足規(guī)范要求，根據(jù)擬定主拱圈加固形式進(jìn)行承載能力分析，驗(yàn)證主拱圈加固形式是否能夠滿足使用要求。

3 主拱圈結(jié)構(gòu)分析

3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)及有限元模型建立

采用MIDAS建立全橋有限元模型，如圖6所示。為了充分考慮圬工拱橋加固分階段受力的特點(diǎn)，采用MIDAS軟件中的聯(lián)合截面施工階段分析方法分階段激活主拱圈截面，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工階段模擬，同時(shí)考慮新增拱圈收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布的影響。

3.2 原橋主拱圈承載能力分析

該橋原結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)的荷載包括：主拱圈、橫墻、腹拱、橋面填料、側(cè)墻、木亭及人群荷載，需驗(yàn)算由原橋承擔(dān)新增人行道板荷載、懸挑橋面板荷載、瀝青鋪裝、鋼結(jié)構(gòu)亭子及單車道荷載(單車道驗(yàn)算采用公路二級(jí)荷載)，主拱圈承載能力是否滿足規(guī)范要求。

根據(jù)JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范及JTG D61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范承載能力驗(yàn)算采用荷載組合如下：

1)工況一：1.2×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+1.4×車輛荷載+0.98×人群荷載+0.7×0.98×整體升溫；2)工況二：1.2×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+1.4×車輛荷載+0.98×人群荷載+0.7×0.98×整體降溫。

采用工況一及工況二計(jì)算得到主拱圈拱腳、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱頂?shù)膬?nèi)力見表1，并根據(jù)JTG D61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范4.0.5條進(jìn)行承載能力驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可知，在工況一及工況二作用下，主拱圈承載能力不滿足規(guī)范要求，因此為使該橋滿足使用要求，需針對(duì)拱橋進(jìn)行加固。

表1 未加固主拱圈承載能力計(jì)算

3.3 加固后主拱圈承載能力分析

采用鋼筋混凝土套箍方式對(duì)主拱圈進(jìn)行加固，拱頂實(shí)腹范圍內(nèi)采用圖4方式進(jìn)行加固，主拱圈其余部位采用圖5方式進(jìn)行加固。按照工況一和工況二分別對(duì)原主拱圈和新增鋼筋混凝土套箍進(jìn)行承載能力驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)見表2和表3。

由表2和表3中數(shù)據(jù)可知，采用鋼筋混凝土套箍加固后，原主拱圈承擔(dān)的彎矩值相對(duì)于未加固主拱圈明顯下降，根據(jù)JTG D61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算，加固后主拱圈承載能力滿足規(guī)范要求。由表3中數(shù)據(jù)可知，新增鋼筋混凝土套箍協(xié)助原主拱結(jié)構(gòu)承擔(dān)了一部分由溫度荷載及汽車荷載引起的彎矩和軸力，根據(jù)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算，鋼筋混凝土套箍承載能力滿足規(guī)范要求。

表2 加固后原主拱圈承載能力

表3 加固后鋼筋混凝土套箍承載能力

針對(duì)新增鋼筋混凝土套箍進(jìn)行最大裂縫寬度計(jì)算采用以下工況：

1)工況三：1.0×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+0.7×車輛荷載+1.0×人群荷載+0.7×1.0×整體升溫；2)工況四：1.0×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+0.7×車輛荷載+1.0×人群荷載+0.7×1.0×整體降溫。

根據(jù)工況三、工況四計(jì)算得到鋼筋混凝土套箍拱腳、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱頂?shù)膬?nèi)力見表4,根據(jù)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范驗(yàn)算，鋼筋混凝土套箍最大裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

表4 加固后鋼筋混凝土套箍最大裂縫寬度

4 結(jié)語

通過某圬工拱橋的加固前、后的內(nèi)力計(jì)算分析可知，新增鋼筋混凝土套箍加固，分擔(dān)了原主拱圈承擔(dān)的內(nèi)力，提高了圬工拱橋的整體承載能力，通過鋼筋混凝土套箍加固實(shí)現(xiàn)了對(duì)圬工拱橋的提載要求。

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[4] 王雷鵬.小店高架橋維修加固實(shí)效及養(yǎng)護(hù)策略分析[J].山西建筑，2012，38(11)：191-192.

An analysis for strengthening of a masonry arch bridge

LIU Xin TIAN Hao-liang

(TheFirstHighWayDesignandSurveyInstituteofCCCC,Xi’an710075,China)

For widening bridge and increasing load, a masonry arch bridge is proposed to be strengthened by a reinforced concrete hoop. According to the analysis of internal force by midas before strengthening and after strengthening, the reinforced concrete hoop share partial load from the old arch ring,and the full-bridge carrying capacity is improved.

masonry arch bridge, widening, reinforced concrete hoop, carrying capacity

1009-6825(2014)11-0198-02

2014-02-09

劉 欣(1980- )，男，工程師； 田浩亮(1982- )，男，工程師

U448.22

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