套箍法加固混凝土拱橋的收縮徐變效應(yīng)數(shù)值模擬分析

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 南岸 400074）

套箍法加固混凝土拱橋的收縮徐變效應(yīng)數(shù)值模擬分析

周憲滔

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 南岸 400074）

本文以重慶市黔江峽谷景區(qū)渡水橋主拱圈套箍加固為算例，利用大型有限元軟件MIDAS/FEA建立全橋的數(shù)值仿真模型。分別計(jì)算加固前后考慮收縮徐變與不考慮收縮徐變時(shí)的各控制截面應(yīng)力值，從而得出收縮徐變對(duì)采用套箍加固法加固的拱橋的影響。包括收縮徐變對(duì)老橋的影響，套箍層收縮徐變對(duì)老拱圈的影響以及老拱圈對(duì)新澆筑套箍層應(yīng)力的影響。

套箍法；收縮徐變；拱橋加固

0 引言

套箍加固法加固拱橋主拱圈技術(shù)通過沿原主拱圈環(huán)向周邊增設(shè)一層鋼筋混凝土套箍層,形成復(fù)合主拱圈。該技術(shù)利用復(fù)合主拱圈協(xié)調(diào)變形、共同承擔(dān)活載的原理,達(dá)到增大主拱圈剛度、強(qiáng)度,提高橋梁承載力的目的[1]。采用該方法加固拱橋已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。套箍法加固主拱圈，因?yàn)樯婕暗讲煌g期混凝土的聯(lián)合作用，新老混凝土收縮徐變也必然會(huì)相互影響。本文以重慶市黔江區(qū)峽谷景區(qū)渡水橋加固改造工程為例，利用大型有限元軟件Midas/FEA建立該混凝土拱橋的三維精細(xì)化的數(shù)值模型，進(jìn)而對(duì)采用混凝土套箍加固法加固拱橋過程中混凝土收縮徐變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響以及新老混凝土收縮徐變過程中相互的影響進(jìn)行分析。

1 數(shù)值模擬

1.1 工程概況

黔江峽谷景區(qū)渡水橋?yàn)橹骺?20m的等截面懸鏈線箱板拱，矢跨比1/6，拱軸系數(shù)2.24。主拱圈加固措施為混凝土套箍加固法，拱背、拱側(cè)、拱腹厚度均20cm，加固層采用C40微膨脹自密實(shí)混凝土，新舊混凝土采用植筋方式錨固連接。主拱圈采用C40混凝土，拱上立柱與橋面空心板采用C30混凝土。

1.2 模型建立

采用有限元軟件Midas/FEA建模過程中，假定套箍層與原拱圈之間黏結(jié)良好不考慮其相對(duì)滑移。[2]其中原拱橋采用Midas/FEA中自動(dòng)劃分網(wǎng)格功能，采用以六面體為主導(dǎo)的單元或四面體單元。套箍層混凝土采用在原拱圈截面析取的板單元模擬，使套箍層截面與原拱圈截面共截面，從而達(dá)到模擬拱圈的加固作用。建立的三維實(shí)體單元模型，以及套箍層的模型如下圖所示：

套箍加固計(jì)算模型

1.3 分析計(jì)算

原拱橋主拱圈在采用套箍方式加固后，考慮到原拱圈與套箍層混凝土齡期相差較大，通過上述對(duì)原拱圈各階段應(yīng)力的比較分析可得原拱圈混凝土收縮徐變引起的應(yīng)力變化已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而此階段加固層混凝土收縮徐變剛剛開始，因而套箍層混凝土收縮徐變將會(huì)對(duì)原拱圈應(yīng)力造成一定影響。為了分析套箍層新澆筑混凝土收縮徐變對(duì)原混凝土拱圈的影響，下面將分別分析考慮收縮徐變的情況下采用套箍加固后的混凝土拱橋主拱圈各階段的縱向應(yīng)力變化情況。其應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布如下圖所示。

縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)分布圖

初始加固階段，加固完成1年，加固完成5年的拱圈截面縱向應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如下表所示。

套箍加固后各控制截面縱向應(yīng)力隨時(shí)間變化值 單位（Mpa)

截面位置測(cè)點(diǎn)位置 加固初期 加固1年加固5年上緣1 -6.86 -3.07 -3.75拱頂上緣2 -5.21 -8.03 -7.47下緣3 -1.70 -3.55 -3.05拱圈截縱向應(yīng)力下緣4 -1.71 -3.77 -3.25上緣1 -5.24 -8.14 -7.63 1/4跨上緣2 -4.28 -6.88 -6.34下緣3 -3.45 -5.75 -5.28下緣4 -3.49 -5.76 -5.29上緣1 -2.38 -3.35 -3.12拱腳上緣2 -2.01 -3.16 -2.87下緣3 -6.89 -9.13 -8.83下緣4 -6.84 -9.03 -8.75

2 結(jié)論

（1）新澆筑混凝土收縮徐變對(duì)原拱圈應(yīng)力的影響主要集中在加固后一年內(nèi)。

（2）套箍層混凝土的收縮徐變對(duì)原拱圈的應(yīng)力有較大的影響。除拱頂a1測(cè)點(diǎn)應(yīng)力減小3.1Mpa外，其余各測(cè)點(diǎn)縱向應(yīng)力增大1.9-2.4Mpa。

（3）上述計(jì)算結(jié)果說明新澆筑套箍層混凝土收縮徐變使得原拱圈縱向應(yīng)力大幅提高。由于計(jì)算中假設(shè)套箍層與原拱圈黏結(jié)良好，不發(fā)生相對(duì)滑移。而實(shí)際上原拱圈與套箍層之間會(huì)有一定的相對(duì)移動(dòng)，因此計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況還是存在著一定的差異。即計(jì)算得到的套箍層收縮徐變對(duì)原拱圈應(yīng)力的影響程度要小于上述計(jì)算結(jié)果，因此可以通過上述計(jì)算方法偏安全的考慮套箍層收縮徐變對(duì)對(duì)原拱圈應(yīng)力的影響。

[1]劉思孟.鋼筋砼套箍封閉加固拱橋技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位，2004.

[2]倪玲.增大截面法加固拱橋承載力驗(yàn)算方法研究[D].重慶交通大學(xué)碩士學(xué)位，2009.

U45

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1007-6344（2017）08-0016-01