某大跨度雙曲拱橋維修加固設(shè)計(jì)與研究

摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的交通運(yùn)輸行業(yè)有了飛速的發(fā)展，同時(shí)交通運(yùn)輸與流動(dòng)量大大增加。為了保證橋梁的正常使用和安全的前提下，針對(duì)城市內(nèi)建設(shè)超過20年的老舊橋梁進(jìn)行了全面的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。本文對(duì)D級(jí)狀態(tài)下的雙曲拱橋結(jié)構(gòu)維修加固，適當(dāng)提高荷載等級(jí)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，使橋梁在安全的前提下能夠更久的服務(wù)兩岸居民出行做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 橋梁設(shè)計(jì)；維修加固；加固措施；應(yīng)用

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的交通運(yùn)輸行業(yè)有了飛速的發(fā)展，同時(shí)交通運(yùn)輸與流動(dòng)量大大增加。為了保證橋梁的正常使用和安全的前提下，針對(duì)城市內(nèi)建設(shè)超過20年的老舊橋梁進(jìn)行了全面的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。本文對(duì)D級(jí)狀態(tài)下的雙曲拱橋結(jié)構(gòu)維修加固，適當(dāng)提高荷載等級(jí)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，使橋梁在安全的前提下能夠更久的服務(wù)兩岸居民出行做出貢獻(xiàn)。

風(fēng)采大橋位于韶關(guān)市湞江區(qū)風(fēng)采路，橫跨湞江，東接啟明路，西連風(fēng)采樓。該橋于1975年5月籌建，1979年底建成通車。橋梁采用雙曲拱的結(jié)構(gòu)形式，有三跨相同主拱橫臥江面，彰顯著古樸優(yōu)雅的歷史文化氛圍。風(fēng)采橋是連接韶關(guān)市區(qū)與湞江區(qū)橋梁之一，在日常的生活中起著重要的作用。橋梁全長約341m，跨徑組合形式為3×25m（板拱）+3×72m（雙曲拱）；橋面總寬12m，橋面橫向布置為：2 m（人行道）+8.00m（車行道）+2.00m（人行道）。下部結(jié)構(gòu)為重力式混凝土橋墩，橋面為瀝青混凝土鋪裝層。風(fēng)采橋東、西橋頭分別與湞江河道兩岸道路相連，西橋頭引道長約27m，連接?xùn)|堤中路平交口；東橋頭引道長約140m，連接執(zhí)信路交叉口。

風(fēng)采橋建成使用至今已接近40年，經(jīng)過多年的運(yùn)營，主拱拱肋、拱波、腹拱、立墻、墩臺(tái)、橋面系等均出現(xiàn)不同程度的病害。隨著交通量的日益增長和使用荷載的提高，該橋已存在一定的安全隱患。為避免橋梁發(fā)生安全事故，目前橋梁管養(yǎng)單位對(duì)其采取了限高、限載等安全措施。

1 主要病害及檢測(cè)結(jié)果

廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)總站于2014年對(duì)風(fēng)采橋進(jìn)行了檢測(cè)并提交了檢測(cè)報(bào)告。報(bào)告檢測(cè)結(jié)論及建議如表1所示：

韶關(guān)市風(fēng)采橋各動(dòng)、凈載試驗(yàn)跨承載能力滿足汽車-13級(jí)的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)的運(yùn)營使用要求，但結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備不足[1]。

2 原橋結(jié)構(gòu)破損機(jī)理分析及計(jì)算

拱式橋梁最主要的受力構(gòu)件是主拱圈，主拱圈結(jié)構(gòu)受力狀況由三個(gè)因素決定，即荷載（包括活載和恒載）作用產(chǎn)生的內(nèi)力；主拱圈截面積、抗彎慣性矩或幾何抗彎彈性模量；主拱圈材料的自身強(qiáng)度等。雙曲拱橋的拱圈是由拱肋、拱波、拱板組成的組合截面，截面整體性差，再加上設(shè)計(jì)、施工的經(jīng)驗(yàn)不足以及其他種種原因，容易產(chǎn)生裂縫。

造成雙曲拱橋破壞的原因主要有：①設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足造成的設(shè)計(jì)缺陷；本橋拱上建筑形式不合理，是導(dǎo)致腹拱拱肋開裂的主要原因；②原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，而現(xiàn)行荷載超過原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，雖然采用了限載限行的措施，但砼開裂是不可逆過程，一旦出現(xiàn)裂縫只能通過加固維修處理；③材料性能達(dá)不到使用要求，施工質(zhì)量有缺陷；④養(yǎng)護(hù)不利，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，主橋建成后僅進(jìn)行了常規(guī)管養(yǎng)，沒有大修過[2]。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

風(fēng)采橋有限元計(jì)算模型見下圖。模型由主拱圈、立墻、橋面系幾部分組成，采用midas civil 2015軟件進(jìn)行建模、計(jì)算。

3.1 設(shè)計(jì)荷載

（1）橋面系恒載（填料頂面以上）

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖以及調(diào)查實(shí)橋情況而定，按照原橋設(shè)計(jì)圖實(shí)際情況輸入。

3.2 原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果

結(jié)論：由上表匯總結(jié)果可見，主拱肋各典型截面基本處于小偏心受壓狀態(tài)。拱肋L/4截面的承載力可以滿足受力要求。拱腳、拱頂截面的承載能力不足。一方面需要通過輕量化處理并調(diào)整拱上恒載分布，降低主拱肋各截面組合內(nèi)力；另一方面需要加固補(bǔ)強(qiáng)，可考慮在拱腳拱肋頂緣加設(shè)鋼筋砼面層，在跨中拱肋底緣粘貼鋼板以滿足受力要求。

4 橋梁加固方法及內(nèi)容

加固方法采用增強(qiáng)橫向聯(lián)系、增大截面、粘貼材料相結(jié)合的方法進(jìn)行加固；并于加固前卸除部分恒載（拆除橋面系、拱上填料），對(duì)各部位病害，采取有針對(duì)性的加固措施。盡量做到加固后減載并且控制減載幅度，避免因恒載調(diào)整引起原結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的大幅變動(dòng)。具體加固內(nèi)容如下：

（1）針對(duì)橋面系病害，拆除重建橋面系。其中人行道挑梁需增大截面，加強(qiáng)挑梁剛度，增加挑梁配筋，提高強(qiáng)度；更換人行道欄桿，減輕拱上荷載；改橋面板為現(xiàn)澆連續(xù)板，改善結(jié)構(gòu)整體性能。

（2）腹拱圈因其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏弱產(chǎn)生裂縫，出現(xiàn)縱向裂縫的局部拆除重建；全部腹拱在拱底噴涂3cm厚聚合物砂漿并貼附雙向式碳纖維網(wǎng)格。

（3）拱上立墻主要病害為蜂窩麻面及混凝土剝落露筋等，作表面常規(guī)修補(bǔ)。

（4）主橋主拱拱波縱向裂縫注漿修補(bǔ)后，在拱波底面粘貼碳纖維布方式加固。

（5）拱肋間橫梁增大截面，增強(qiáng)其橫向聯(lián)系，使其橫向剛度加強(qiáng)，拱肋實(shí)現(xiàn)共同受力；

（6）主橋主拱圈采用加大截面尺寸以及粘貼鋼板的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。主拱圈拱腳至L/8區(qū)段范圍內(nèi)，在拱板頂緣現(xiàn)澆15cm厚C40鋼筋混凝土；跨中約34m區(qū)段范圍內(nèi)，在拱肋底緣粘貼鋼板進(jìn)行加固。新老混凝土的連接采用植筋工藝。

（7）引橋板拱對(duì)裂縫注漿修補(bǔ)后，在拱底噴涂3cm厚聚合物砂漿并貼附雙向式碳纖維網(wǎng)格。

5 結(jié)束語

經(jīng)過以上的加固措施后，重新計(jì)算顯示，橋梁能滿足在汽-13荷載下安全使用，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，但是后期還是要限載和監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張俊平.橋梁檢測(cè)與維修加固.第2版[M].北京：人民交通出版社，2011：187.

[2] 張勁泉，王文濤.橋梁維修與加固手冊(cè).下冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2007：51.

作者簡介

曹旭東（1984-），男，漢族，大學(xué)本科，工程師，研究方向：路橋設(shè)計(jì)。