谷文軍

1 工程概況

大連市青石洼橋位于大連市方程線,設(shè)計荷載采用汽車—20級、掛車—100級。該橋凈矢高18.75 m,單孔凈 15 m,實腹式雙曲拱,重力式圬工砌體橋臺。

該橋鋼筋混凝土尚有不同程度損傷和開裂,結(jié)合該橋使用荷載等級,業(yè)主要求對該橋的現(xiàn)狀進行全面的評估鑒定并對其進行相應(yīng)的加固處理。該橋兩側(cè)于1990年和2000年分別進行了現(xiàn)場勘查及橋梁損傷情況描述。

2 現(xiàn)場勘查及橋梁損傷情況描述

經(jīng)檢查,肋、波、板混凝土總體質(zhì)量尚好,但也存在少數(shù)拱波斷裂、橫系梁局部露筋、拱肋局部破損、泄水設(shè)備漏水嚴(yán)重,橋梁外露部分受雨水、油污侵蝕。此外路面已嚴(yán)重受損,沉陷變形,人行挑梁和欄桿基本完好。

橋梁墩臺基本完好,無明顯沉降和變位,通過局部修補,對外露面重新勾縫之后,可以繼續(xù)使用。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查,根據(jù)JTG H11-2004公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范,該橋技術(shù)評定等級為四類,橋梁需要進行大修,酌情進行交通管制。

3 橋梁結(jié)構(gòu)檢驗及評定

3.1 試驗荷載及其布置

試驗荷載根據(jù)該橋的實際使用需求情況取為10 t,加載用兩輛汽車,加載次序首先為3.5 t,7 t,10 t在跨中中載逐級加卸載,然后10 t在跨中偏載加卸載,最后用5 t荷載車分別停在橋東端、3L/4截面、L/2截面、L/4截面及西端加載測量,共9個加載工況。

3.2 測點布置

應(yīng)變測點:橋西拱腳 1～4拱圈各一點,L/4截面 1～4拱圈各一點,1,3,4拱圈跨中下翼緣各一點;

撓度測點:橋的兩個拱腳截面、兩個L/4截面和拱頂截面的南北兩側(cè)均布置測點。

3.3 測試方法

1)靜力試驗荷載維持時間,每級加載均在結(jié)構(gòu)變位到達相對穩(wěn)定后,進入下一階段。

2)全部測點在正式加載試驗前均進行零級荷載讀數(shù),應(yīng)變測試每次加載或卸載后即讀數(shù)一次,并在結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后,進入下一級荷載之前再讀數(shù)一次。撓度測試每次加載或卸載5 min,然后進入下一級荷載測試。

3.4 測試結(jié)果

3.4.1 撓度測試成果

1)5個主要截面兩側(cè)在3.5 t,7.0 t,10 t下的跨中中載及10 t跨中偏載的實測撓度值見表1。

表1 各測點在各工況下的實測撓度值 mm

2)5個主要截面兩側(cè)在一輛5 t車作用下各截面的實測撓度值見表2。

表2 各測點在車載5 t各工況下的實測撓度值 mm

3.4.2 應(yīng)變測試結(jié)果

3個主要截面,即跨中、L/4截面和拱腳處的各測點在3.5 t,7.0 t,10 t下的跨中中載及10 t跨中偏載的實測應(yīng)變值見表3。

表3 各測點在各工況下的實測應(yīng)變值 μ ε

4 加固方案的選擇及設(shè)計

4.1 主拱圈

在拱腳處的拱背上增加20 cm厚C30混凝土,并設(shè)置縱向抗拉鋼筋以抵抗拱腳負(fù)彎矩;在拱頂上緣10 cm范圍內(nèi)加鋪一層鋼筋網(wǎng)以分散活載的動力作用;拱圈下緣對稱加設(shè)四道18 cm厚的混凝土底板,將全橋全部的開口截面變?yōu)椴糠珠]口加開口,以提高主拱圈的承載能力;將原主拱圈橫系梁改為橫隔板,以提高主拱圈的整體性。

4.2 拱上建筑及橋面鋪裝

對拱上填料、側(cè)墻及橋面系全部進行更換,重新漿砌立墻和側(cè)墻、更換拱上填料?？紤]到該線路等級提高和使用上的變化,加固后不再保留人行道,兩側(cè)設(shè)0.5 m的防撞護欄,使橋面凈寬增加,使行車條件得到改善。

橋面鋪裝的翻建采用10 cm厚C30鋼筋混凝土,預(yù)留向兩側(cè)的3%橫坡。然后在混凝土上做3 cm厚瀝青混凝土面層。

5 基于ADINA的青石洼雙曲拱橋加固前后的有限元分析

5.1 約束

在橋梁的建模簡化了橋臺的作用而對兩處橋臺處拱腳進行了固定約束。橋墩墩身基礎(chǔ)底也做固定約束處理。

5.2 恒載

主拱圈結(jié)構(gòu)是由鋼筋混凝土材料構(gòu)造而成,鋼筋混凝土的比重為25 kN/m3,橋墩與拱上建筑為漿砌圬工比重為25 kN/m3,橋面鋪裝可以認(rèn)為是24 kN/m3。

5.3 車載

加載力的方式為從左向右布載,大小分別為汽車—20級和掛車—100級荷載。

加固前后主拱圈在最不利荷載作用下各部位的豎向應(yīng)變云圖、應(yīng)力云圖分別如圖1～圖4所示。

利用有限元方法對主拱圈進行分析時,可以充分考慮拱圈的變形和材料本構(gòu)關(guān)系。模擬實際荷載與邊界條件,可以更為科學(xué)的模擬出拱圈的變形和應(yīng)力分布及其他各項物理力學(xué)指標(biāo)。

加固后的拱橋經(jīng)過汽—20的荷載進行試驗檢測后,拱圈撓度大幅度減少,拱肋底部的裂縫得到了控制,改善了主拱圈的各部位的應(yīng)力分布,提高了橋梁的橫向剛度。

6 結(jié)語

舊橋承載力的分析計算應(yīng)視其破損狀態(tài)建立計算模型,不存在統(tǒng)一的計算模式。舊橋加固的內(nèi)力分析涉及的因素很多,加固后結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與加固前結(jié)構(gòu)的破損程度密切相關(guān)。加固前破損程度越輕,計算分析越容易;破損程度越嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)的非線性表現(xiàn)越明顯,內(nèi)力分析越復(fù)雜,計算工作越麻煩。使用有限元分析軟件ADINA可以有效地進行內(nèi)力分析和加固前后受力狀況的比較,為雙曲拱橋的受損程度評價和加固方案的選定提供了可靠的依據(jù)。

[1] 黃平明.橋梁養(yǎng)護與加固[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,1998.

[3] 邵容光.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京:人民交通出版社,1990.

[4] 劉 皇,邱紅勝,周榕輝.鋼箱底推加固法在雙曲拱橋加固中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(2):290-291.

[5] 徐啟友.橋梁修理改造技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1993.