石拱橋加固改造方法綜述

羅旭 喬崎云 李佳峰

摘 要：石拱橋在我國(guó)橋梁事業(yè)中扮演著重要角色，然由于經(jīng)久使用等種種原因?qū)е卢F(xiàn)服役石拱橋存在不同程度損傷;本文針對(duì)現(xiàn)有石拱橋加固方法進(jìn)行綜述，分析了石拱橋不同加固方法的工藝及特點(diǎn)，為實(shí)際石拱橋加固工程提供可行性方案。

關(guān)鍵詞：石拱橋;加固;綜述

0 引言

石拱橋作為我國(guó)傳統(tǒng)橋梁四大基本形式之一，因其取材便易、承載能力高、造價(jià)低廉等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)古代及近現(xiàn)代得到廣泛應(yīng)用（圖1）。而由于經(jīng)久使用、服役荷載增大、自然環(huán)境災(zāi)害侵蝕等因素，目前我國(guó)較多在服役石拱橋出現(xiàn)了開(kāi)裂、破損、砂漿脫落等不同程度的損傷。拆除并建設(shè)新橋不僅耗費(fèi)大量人力、物力及財(cái)力，而且會(huì)造成了“綜合效益”流失;國(guó)內(nèi)舊橋的加固和改造經(jīng)驗(yàn)表明，在一般情況下橋梁的加固費(fèi)用約為新建橋梁的10%～20%;對(duì)舊橋加固是目前最佳的治理方法。石拱橋現(xiàn)有加固方法較多，常見(jiàn)的有增大主拱截面法、粘貼鋼板法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法、釋能法及增設(shè)拱肋加固法等。下針對(duì)現(xiàn)有石拱橋加固改造方法進(jìn)行總結(jié)歸納，為實(shí)際工程提供理論研究基礎(chǔ)。

1 石拱橋加固改造方法

1.1 增大主拱截面法

增大主拱截面法，在于增大主拱截面的抗力或降低截面的拉應(yīng)力，使其在材料性能承受范圍內(nèi)。單成林等[1]采用拱腹新增框架、拱腹新增套拱及拱背新增套拱三種方法分別對(duì)石拱橋進(jìn)行加固，對(duì)主拱圈加固的受力、工程量、施工難易程度、工期及交通影響等方面進(jìn)行了分析比較。張淼等[2]基于增大截面法采用混凝土并輔以植筋加固石拱橋，通過(guò)低周反復(fù)加載試驗(yàn)及空間受力分析，驗(yàn)證了采用該方法加固后具有明顯的力學(xué)性能提升。周建庭等[3]提出了新舊拱圈之間的結(jié)合度是增大截面法的關(guān)鍵，通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明了錨桿錨固技術(shù)在增大截面加固方法的重要性及科學(xué)性。李仁斌等[4]研究了錨噴混凝土技術(shù)在石拱橋加固中的應(yīng)用，混凝土在噴覆過(guò)程中反復(fù)作用，無(wú)需振搗即獲得很高的結(jié)合面粘結(jié)強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)證錨噴技術(shù)能有效封閉裂縫，增加承載力的同時(shí)阻止內(nèi)部結(jié)構(gòu)被風(fēng)化剝蝕。

1.2 粘貼鋼板法

粘貼鋼板法是利用粘結(jié)劑將鋼板粘貼至拱圈截面的受拉或薄弱位置，按拱圈的受拉開(kāi)裂強(qiáng)度預(yù)估所需補(bǔ)強(qiáng)鋼板的數(shù)量，根據(jù)石拱橋受力情況采用全拱圈粘貼或間隔分裂粘貼。李云嶺等[5]、崔圣愛(ài)等[6]針對(duì)粘貼鋼板法在石拱橋加固中的應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)方法及施工工藝的探討，此種加固方法效果明顯，大大提高了石拱橋的承載力，另外高強(qiáng)膨脹螺栓可以加強(qiáng)鋼板與拱圈的粘結(jié)性能并有效阻止鋼板屈曲變形。楊青海等[7]針對(duì)粘貼鋼板法進(jìn)行了理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用，對(duì)施工措施及材料質(zhì)量控制方法提出了建議，發(fā)現(xiàn)粘貼鋼板法明顯改善了原石拱橋的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，且采用壓粘法粘貼鋼板省時(shí)的同時(shí)保證了較好粘結(jié)性能。

1.3 改變結(jié)構(gòu)體系加固法

改變結(jié)構(gòu)體系加固法，即通過(guò)改變石拱橋結(jié)構(gòu)體系而達(dá)到主拱圈正常傳遞及承擔(dān)內(nèi)力的目標(biāo)，有意識(shí)的改善原拱橋結(jié)構(gòu)受力薄弱截面，此方法需根據(jù)石拱橋的實(shí)際破壞或損傷程度選定具體的改變結(jié)構(gòu)體系加固方案，如主拱圈質(zhì)量良好而上部結(jié)構(gòu)損傷的石拱橋，可采用輕型結(jié)構(gòu)進(jìn)行代替。李歡[8]結(jié)合工程實(shí)例分析把原單一拱橋轉(zhuǎn)變?yōu)榱汗敖Y(jié)合體系，改善了原拱圈的力學(xué)性能，說(shuō)明了改變結(jié)構(gòu)體系加固法在石拱橋加固中是合理可行的。蔡斌[9]提出改變結(jié)構(gòu)體系法加固石拱橋施工時(shí)，由于拆除上部結(jié)構(gòu)，主拱圈易受力不平衡而倒塌，應(yīng)從石拱橋的跨中位置對(duì)稱(chēng)、逐次、同時(shí)的向兩側(cè)方向進(jìn)行。

1.4 釋能法

釋能法，即對(duì)原無(wú)鉸拱橋的拱腳部位進(jìn)行處理，改變?cè)鞴叭澳_處的不利受力狀態(tài)，達(dá)到釋放能量的作用，使主拱圈發(fā)生內(nèi)力重分布，改善原石拱橋的力學(xué)性能。楊圣春等[10]對(duì)釋能法在加固石拱橋的應(yīng)用進(jìn)行了模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)釋能法能夠改變拱腳約束形式，有效釋放能量形成內(nèi)力重分布，提高原石拱橋的承載力。崔圣愛(ài)等[11]、蒙云[12]通過(guò)分析釋能法的原理及計(jì)算方法、建立模型對(duì)比并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，說(shuō)明了釋能法對(duì)舊危石拱橋的力學(xué)性能提升有顯著作用。

1.5 增設(shè)拱肋加固法

增設(shè)拱肋加固法，即于拱波腳或拱波頂處增設(shè)拱肋，一般需在拱肋頂面預(yù)埋植筋使新增拱肋與原拱形成良好的整體，連接節(jié)點(diǎn)處用砂漿填實(shí)并找平。羅強(qiáng)等[13]對(duì)實(shí)例石拱橋進(jìn)行了病理分析，設(shè)計(jì)并應(yīng)用增設(shè)拱肋方案加固石拱橋，發(fā)現(xiàn)采用此方法加固后石拱橋的各截面承載力得到較大提升，同時(shí)增強(qiáng)了舊石拱橋的耐久性。

2 結(jié)論

現(xiàn)有石拱橋加固方案皆能改善原石拱橋的力學(xué)性能，提高其承載力;但各類(lèi)方法均需根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。因此，亟待一種新的加固方法的出現(xiàn)，在提高石拱橋承載力的同時(shí)，保證原石拱橋最大程度的完整性，且針對(duì)大部分石拱橋的加固改造具有普適性。

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