某圬工拱橋承載能力驗(yàn)算分析

胡開建，祝孝成

(河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450006)

1 工程概況

某圬工拱橋位于省道干線公路上，該橋建于1995年，該橋跨徑為1 m×20 m，橋梁總長(zhǎng)度為45 m，橋面總寬為9 m，實(shí)測(cè)拱圈厚度為0.7 m，其中矢高為4.9 m，矢跨比約1/4，該橋原設(shè)計(jì)荷載為汽車-15級(jí)，現(xiàn)通行荷載為公路-II級(jí)。經(jīng)過(guò)檢查，該橋橋面鋪裝層存在橫向裂縫；橋面雜土填積；泄水孔堵塞；橋面鋪裝局部存在網(wǎng)裂。拱圈下部滲水析堿；勾縫局部脫落。橋下垃圾掩埋；1#臺(tái)基礎(chǔ)左側(cè)側(cè)墻距拱腳處縱向裂縫；1#臺(tái)基礎(chǔ)左側(cè)拱腳處側(cè)墻勾縫不密實(shí)。0#臺(tái)處錐坡雜草掩蓋、大面積破損，1#臺(tái)處錐坡雜草掩蓋、大面積破損。該橋橋梁技術(shù)狀況評(píng)定為三類橋。

2 計(jì)算模型及方法

該橋的計(jì)算模型采用midas Civil2012有限元軟件建立，見(jiàn)圖1所示。該橋主拱圈共有32個(gè)單元，33個(gè)節(jié)點(diǎn)。該模型，分別建立了拱圈、橋面板單元，邊界條件中，對(duì)拱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)約束模擬。驗(yàn)算荷載采用公路-Ⅱ級(jí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定進(jìn)行了極限承載能力驗(yàn)算。橋面鋪裝混凝土重力密度γ=25.0 KN/m3。

圖1 有限元模型

3 驗(yàn)算結(jié)果

3.1 拱頂處計(jì)算結(jié)果

(1)拱圈截面強(qiáng)度驗(yàn)算

拱頂處17#節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如下表1中所示：軸力Nd單位KN，彎矩Md單位KN·m。

表1 拱頂控制截面內(nèi)力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmax

依據(jù)規(guī)范相關(guān)條文進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，此驗(yàn)算暫不考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.504

A=bh=6.65 m2φAftd=14 143.8 KN>4 258.4 KN，滿足規(guī)范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmin

依據(jù)規(guī)范相關(guān)條文進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，此驗(yàn)算暫不考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.940

A=bh=6.65 m2φAfcd=26 379.2 KN>4 962.5 KN，滿足規(guī)范要求。

(2)拱圈整體“強(qiáng)度—穩(wěn)定”驗(yàn)算

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmax

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行強(qiáng)度—穩(wěn)定計(jì)算，此驗(yàn)算考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.272

A=bh=6.65 m2φAfcd=7 633.1 KN>4 909.4 KN，滿足規(guī)范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmin

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行強(qiáng)度—穩(wěn)定計(jì)算，此驗(yàn)算考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.669

φAfcd=18 774.1 KN>4 909.4 KN，滿足規(guī)范要求。

3.2 拱腳處計(jì)算結(jié)果

(1)拱圈截面強(qiáng)度驗(yàn)算

拱腳處1#節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如表2中所示：軸力Nd單位KN，彎矩Md單位KN·m。

表2 拱腳控制截面內(nèi)力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmax

依據(jù)規(guī)范相關(guān)條文進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，此驗(yàn)算暫不考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.629

A=bh=6.65 m2φAfcd=17 651.6 KN>6 004.6 KN，滿足規(guī)范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmin

依據(jù)規(guī)范相關(guān)條文進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，此驗(yàn)算暫不考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=0.993

A=bh=6.65 m2φAfcd=27 866.6 KN>6 857.3 KN，滿足規(guī)范要求。

(2)拱圈整體“強(qiáng)度—穩(wěn)定”驗(yàn)算

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmax

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行強(qiáng)度—穩(wěn)定計(jì)算，此驗(yàn)算考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=15.243

=0.378

A=bh=6.65 m2φAfcd=10 607.8 KN>6 004.6 KN，滿足規(guī)范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmin

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行強(qiáng)度—穩(wěn)定計(jì)算，此驗(yàn)算考慮拱橋穩(wěn)定的影響。

=15.243

=0.721

A=bh=6.65 m2φAfcd=20 233.4 KN>6 857.3 KN，滿足規(guī)范要求。

(3)拱腳截面直接抗剪驗(yàn)算

拱腳處1#節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果如下表3中所示：軸力Nk、剪力Vd單位KN。

表3 拱腳控制截面內(nèi)力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmax

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.13條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行抗剪計(jì)算。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級(jí)Mmin

根據(jù)《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005)4.0.13條中的規(guī)定需按照下列公式進(jìn)行抗剪計(jì)算。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)該圬工拱橋進(jìn)行驗(yàn)算分析，得出以下結(jié)論：目前該橋極限承載能力尚能滿足公路—Ⅱ級(jí)汽車荷載要求，但是安全儲(chǔ)備不大。建議維持原設(shè)計(jì)荷載。并按交通運(yùn)輸部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作的通知》相關(guān)文件進(jìn)行限載。