框架式肋板復(fù)合結(jié)構(gòu)加固圬工拱橋方法初步研究

徐國(guó)鋒

摘要：框架式肋板復(fù)合結(jié)構(gòu)加固圬工拱橋方法是在不破壞原有板拱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)在拱腹增加縱向拱肋和橫隔梁，形成縱肋和橫隔梁組成的框架式復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)共同受力；可依據(jù)拱橋?qū)挾鹊膶?shí)際情況，增加或減少縱向拱肋并通過(guò)橋墩、臺(tái)傳遞至原有基礎(chǔ)，從而充分利用原橋并發(fā)揮舊橋的潛在承載力，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力和整體剛度。

Abstract： The method of strengthening the masonry arch bridge with frame-type ribbed composite structure is to form frame-type composite structure of longitudinal rib and the transverse beam through adding the longitudinal rib and the transverse beam in the arch on the basis of not destroying the original arch structure. It can increase or decrease the longitudinal arch ribs and pass through the pier and table to the original foundation based on the actual situation of the arch bridge width， so as to make full use of the original bridge， play the potential capacity of the old bridge and improve the bearing capacity and overall stiffness of the overall structure.

關(guān)鍵詞：框架式肋板復(fù)合結(jié)構(gòu)；拱肋；橫隔梁；仿真分析：承載能力；剛度

Key words： frame-type ribbed composite structure； arch rib； transverse beam； simulation analysis： bearing capacity； stiffness

中圖分類號(hào)：U445.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）18-0124-02

0 引言

在以往橋梁檢測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)圬工拱橋主拱圈拱腹存在不同程度的縱橋向及橫橋向裂縫，初步分析成因主要為結(jié)構(gòu)在偏心力作用下不同位置截面上緣或下緣會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而圬工結(jié)構(gòu)抗拉能力較低所致。

1 圬工拱橋病害成因分析

圬工拱橋拱腹存在不同程度的縱橋向及橫橋向裂縫，主拱圈砌縫砂漿脫落、砌石局部缺失等病害成因主要包含以下幾方面：

①橫向裂縫的產(chǎn)生：在圬工拱橋砌筑過(guò)程中，拱軸線的設(shè)計(jì)可避免自重產(chǎn)生的偏心力矩，但汽車(chē)及溫度等荷載作用下，偏心力在不同位置截面上緣或下緣會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而圬工結(jié)構(gòu)抗拉能力較低，導(dǎo)致圬工拱橋橫向裂縫的出現(xiàn)。②縱向裂縫的產(chǎn)生：圬工拱橋連接主要依靠砌縫砂漿或砌石之間設(shè)置齒縫連接，當(dāng)運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，隨著砌縫砂漿強(qiáng)度降低及齒縫之間的松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致橫向連接剛度減弱，在汽車(chē)偏載作用下導(dǎo)致縱向開(kāi)裂，同時(shí)橋面滲水凍脹開(kāi)裂也是其中一個(gè)原因。③砌縫砂漿脫落、砌石缺失：由于圬工拱橋建設(shè)年代較早，橋面防水設(shè)置不完善，導(dǎo)致主拱圈受水侵蝕，砂漿強(qiáng)度降低后松散、砌石局部脫落缺失。

2 框架式肋板復(fù)合結(jié)構(gòu)加固圬工拱橋方法仿真分析

圬工拱橋建設(shè)年代較早，但其良好的結(jié)構(gòu)受力模式使其承載能力潛力較大，加固利用的性價(jià)比較高，目前有關(guān)圬工拱橋采用增大截面法及錨噴法加固后組合截面承載力的計(jì)算方法，具有一定局限性，有待進(jìn)一步補(bǔ)充完善。在圬工拱橋加固方法的不斷摸索中，在對(duì)圬工拱橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析后提出了框架式肋板復(fù)合結(jié)構(gòu)加固圬工拱橋方法，即在圬工拱橋拱腹隨拱軸線型增加縱橋向鋼筋砼拱肋及多道橫隔梁，通過(guò)圬工砌體良好的受壓能力及鋼筋砼結(jié)構(gòu)良好的受拉能力以滿足當(dāng)前荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 仿真模型的建立

①本次仿真模型采用工程實(shí)例進(jìn)行分析，前長(zhǎng)皋橋位于遼寧省朝陽(yáng)市，全橋共計(jì)3孔，單孔凈跨徑為25m，上部結(jié)構(gòu)為空腹式等截面懸鏈線石板拱橋，主拱圈厚度為70cm，矢跨比為1/4，拱軸系數(shù)m=2.814，建成于1980年。②分析采用midas/Civil 2015有限元程序中的實(shí)體單元進(jìn)行，全橋共計(jì)8.2萬(wàn)個(gè)單元?？紤]圬工拱橋運(yùn)營(yíng)36年，加固后拱腳拱腹處按固結(jié)模擬，拱背加厚處按鉸接模擬，主拱圈中孔拱腳處考慮其相鄰拱圈傳遞的水平變位影響。③施工階段模擬為10個(gè)施工階段，即從擴(kuò)大基礎(chǔ)的砌筑到橋面系等二期荷載的施加，最后考慮10年的收縮徐變影響。④加固后采用現(xiàn)行公路橋梁汽車(chē)荷載等級(jí)公路-Ⅰ級(jí)，整體升溫按19度考慮，整體降溫按20度考慮；拱頂截面計(jì)入汽車(chē)沖擊系數(shù)；拱腳截面計(jì)算不計(jì)入汽車(chē)沖擊系數(shù)。（圖1）

2.2 仿真計(jì)算結(jié)果分析

2.2.1 施工恒荷載作用結(jié)果 在施工恒荷載作用下，拱腹新增鋼筋砼拱肋（黃色區(qū)域）均為受拉區(qū)域，原主拱圈砌體（藍(lán)色區(qū)域）均為受壓區(qū)域，計(jì)算分析結(jié)果表明施工恒荷載考慮收縮徐變影響后原主拱圈砌體最大平均壓應(yīng)力為1.2MPa，下緣新增鋼筋砼拱肋最大平均拉應(yīng)力為2.6MPa。（圖2）

2.2.2 汽車(chē)荷載作用結(jié)果 在汽車(chē)荷載作用下，拱腹新增鋼筋砼拱肋（紅、黃色區(qū)域）局部范圍為受拉區(qū)域，原主拱圈砌體（藍(lán)、綠色區(qū)域）均為受壓區(qū)域，計(jì)算分析結(jié)果表明汽車(chē)荷載作用下原主拱圈砌體最大平均壓應(yīng)力為0.9MPa，下緣新增鋼筋砼拱肋最大平均拉應(yīng)力為1.7MPa。（圖3）

2.2.3 從以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，該橋加固完成投入運(yùn)營(yíng)后，考慮溫度作用效應(yīng)進(jìn)行組合后原結(jié)構(gòu)主拱圈上緣壓應(yīng)力為3.1MPa，下緣鋼筋砼拱肋拉應(yīng)力為5.9MPa，加固后的復(fù)合截面新、舊結(jié)構(gòu)均能滿足規(guī)范要求，以上計(jì)算僅取拱頂截面進(jìn)行分析，其余截面經(jīng)驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求，證明本文中的方法可行。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用本方法實(shí)際加固圬工拱橋過(guò)程中，需保證新增鋼筋砼拱肋及橫隔梁與原圬工拱橋主拱圈結(jié)合面有效連接，保證二次受力時(shí)新增結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)共同受力，協(xié)調(diào)變形，本加固方法經(jīng)工程實(shí)例驗(yàn)證后，目前運(yùn)營(yíng)良好，為圬工拱橋加固利用提供了一種新的思路。

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