箱形拱橋粘貼鋼板加固效果評價

李保軍，梁茜雪

（廣西交通科學研究院，廣西南寧 530007）

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箱形拱橋粘貼鋼板加固效果評價

李保軍，梁茜雪

（廣西交通科學研究院，廣西南寧 530007）

摘要：介紹了廣西一箱形拱橋主拱圈在運營過程中出現(xiàn)的病害情況，分析了病害產(chǎn)生的原因；針對病害原因，主要采用粘貼鋼板的方法進行加固；根據(jù)橋梁加固前后荷載試驗結(jié)果，對箱形拱橋粘貼鋼板的加固效果進行了評價。

關(guān)鍵詞：橋梁；箱形拱橋；粘貼鋼板加固；加固效果評價；荷載試驗

1　工程背景

廣西國道207上一座箱形拱橋于1990年建成通車。橋梁全長732.7 m，上部結(jié)構(gòu)為懸鏈線鋼筋砼箱形拱橋，跨徑組合為65 m+5×93 m+2×65 m，設計荷載為汽車-超20級。

根據(jù)該橋2013年檢測結(jié)果，主拱圈底面共發(fā)現(xiàn)375道橫向裂縫，裂縫主要出現(xiàn)于L/4～3L/4截面段，基本貫通拱箱底面。根據(jù)裂縫分布，出現(xiàn)裂縫的拱箱為行車道下的拱箱，其中多數(shù)為重車道下的拱箱。2011年主拱圈底面裂縫檢測結(jié)果為230道橫向裂縫，基本貫通底面。2013年檢測結(jié)果比2011年新增145道橫向裂縫，新增長度為97.03 m，占總長度的38.2%，2年內(nèi)裂縫的增長速度較快。新增裂縫都出現(xiàn)在跨中截面附近。

2　病害原因分析及維修加固措施

橋梁主拱圈出現(xiàn)裂縫等病害的主要原因為：現(xiàn)行規(guī)范對該橋要求的設計荷載等級比原橋設計荷載等級高，現(xiàn)行交通流量大于原設計預期交通流量，交通流量呈快速增長趨勢，且時有超載車輛通過。箱形拱橋在現(xiàn)行交通流反復作用下，主要受力構(gòu)件主拱圈承受的實際疲勞應力水平提高，結(jié)構(gòu)損傷加劇，進而在受拉區(qū)域出現(xiàn)較多橫向裂縫。

主拱圈主要維修加固措施：1）為提高橋梁耐久性，對主拱圈及其他構(gòu)件裂縫進行修補處理。2）主拱圈粘貼鋼板加固。為提高主要受力構(gòu)件主拱圈的承載能力，每片主拱圈拱箱底裂縫修補后粘貼2塊寬15 cm、厚6 mm鋼板。

3　加固效果評價

為對箱形拱橋粘貼鋼板加固后結(jié)構(gòu)受力性能進行評價，對橋梁進行荷載試驗，測定橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下控制斷面的應力及撓度，并與理論計算值比較，對實際結(jié)構(gòu)使用性能和工作狀態(tài)作出評價，考核橋梁的強度和剛度是否滿足規(guī)范及設計要求。分別于2011年加固前及2014年加固后對該橋進行荷載試驗。

3.1靜載試驗主要測試截面和測試方法

圖1　某箱形拱橋靜載試驗測試截面布置示意圖（單位：cm）

該橋跨徑組合為65 m+5×93 m+2×65 m，同跨徑的橋跨上部構(gòu)造布置相同，試驗時考慮選取一跨65 m和一跨93 m作為試驗橋跨。為便于儀器安裝和水準儀觀測，如圖1所示，選取1#和2#跨作為試驗跨，兩跨為相鄰跨，可觀察橋跨間的連拱效應是否明顯。1#和2#跨應變、撓度測試截面均為3個。測點布置在每片箱拱底的砼表面，同時在L/4、L/2截面的每片箱拱底的鋼板上布置一個應變測點，砼表面采用砼應變片測量，鋼板表面采用鋼筋應變片測量。

3.2荷載試驗有限元計算過程

加固前后荷載試驗均采用邁達斯有限元軟件，建立橋梁平面桿系有限元模型進行計算，并用交通部公路科學研究所開發(fā)的GQJS軟件進行校核，最后確定所需試驗車輛的數(shù)量、噸位和布載位置。建模時作以下假設：1）鋼板、鋼筋、砼為理想彈性材料，鋼板、鋼筋、砼的彈性模量為常數(shù)；2）不考慮橋面系的剛度對橋梁抗彎能力的影響，僅考慮其自重；3）截面變形符合平截面假定。

根據(jù)平截面假定，粘貼鋼板加固后拱箱與鋼板根據(jù)剛度等效原則建立聯(lián)合截面，再建立有限元模型進行計算。有限元模型見圖2。

圖2　某箱形拱橋有限元計算模型

3.3試驗檢測結(jié)果及評價

靜載試驗按正載及偏載的加載方式共設計7個加載工況，分別為第1、2跨拱腳、L/4截面、L/2截面各1個偏載工況及第2跨L/2截面1個正載工況。采用6輛載重約360 k N雙后軸加載車，按對控制截面最不利位置布載。根據(jù)試驗結(jié)果，該橋應變及撓度校驗系數(shù)（實測值與理論計算值的比值）均小于1，表明結(jié)構(gòu)強度及剛度均滿足設計要求。

為對該橋拱箱粘貼鋼板加固效果進行評價，對橋梁加固前后的荷載試驗結(jié)果進行對比分析。因加固后荷載試驗實際加載車重與加固前荷載試驗有所不同，粘貼鋼板后試驗加載理論計算值也比加固前小，無法直接對加固前后實測值作比較，需對加固前后實測值與理論計算值的比值進行比較，即比較較驗系數(shù)。加固前后荷載試驗一、二級加載下各控制截面應變及撓度校驗系數(shù)見表1、表2和圖3～6。

表1　加固前后靜載試驗控制截面應變校驗系數(shù)對比

表2　加固前后靜載試驗控制截面撓度校驗系數(shù)對比

由表1可知：加固后同一片拱箱同一測試截面，鋼板測點應變比砼測點應變大，說明粘貼的鋼板已有效地與砼協(xié)同受力，且符合平截面假定，鋼板所受拉應力大于砼所受拉應力。加固后二級加載校驗系數(shù)與加固前相比有所降低，按鋼板應變測點結(jié)果進行計算，校驗系數(shù)平均值降低18%（校驗系數(shù)降低等同于實測應變值減小），說明粘貼鋼板能有效提高拱箱的強度。

圖3　一級加載下加固前后各測試截面應變校驗系數(shù)對比

圖4　二級加載下加固前后各測試截面應變校驗系數(shù)對比

圖5　一級加載下加固前后各測試截面撓度校驗系數(shù)對比

圖6　二級加載下加固前后各測試截面撓度校驗系數(shù)對比

由表2可知：加固后橋梁多數(shù)測試截面撓度校驗系數(shù)略有降低，平均降低6%，說明粘貼鋼板后橋梁的整體剛度有所提高，但提高幅度不大。

4　結(jié)論

（1）普通鋼筋砼箱形拱橋主拱圈經(jīng)裂縫修補后，采用粘貼鋼板的加固方法，鋼板能有效地與砼協(xié)同受力，符合平截面假定。

（2）普通鋼筋砼箱形拱橋主拱圈粘貼鋼板后，能有效地提高主拱圈的強度，降低受拉區(qū)域砼的拉應力。

（3）普通鋼筋砼箱形拱橋主拱圈粘貼鋼板后，橋梁的整體剛度略有提高，但提高幅度不大。

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中圖分類號：U445.7

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0231-03

收稿日期：2016-01-10