冉啟永

（遵義市交通勘察設計有限公司，貴州 遵義 563000）

在石拱橋的結構承載體系中，主拱圈處于舉足輕重的地位，上部結構及車輛荷載最終都通過主拱圈傳到基礎部分。大部分石拱橋的加固都要進行主拱圈加固。目前，石拱橋加固中對主拱圈的加固方法都是增大拱圈截面。由于加固材料不同或同種材料的強度不同，加固計算時需要考慮新舊拱圈的剛度及新增拱圈中原有拱圈和新增拱圈的收縮徐變，分析兩種不同構件各自分配的內力及應力?，F(xiàn)有的有限元軟件對主拱圈加固計算都是建立新舊構件單元，通過節(jié)點之間的剛接進行數(shù)值模擬。由于剛度對內力分配的影響較大，鋼接處的計算結果不能反映構件的實際受力情況；若剛接點設置太少，又不能反映構件的聯(lián)合受力情況。

為避免以上情況，本橋采用Midas Civil軟件中的施工階段聯(lián)合截面功能，對該橋進行數(shù)值分析，使得分析過程簡單，同時可體現(xiàn)不同構件材料的時間依存性，并使結構計算分析得以簡化。

1 Midas C ivil軟件中施工階段聯(lián)合截面的實現(xiàn)原理

聯(lián)合結構指由兩種不同材料的構件，或者同一種材料但強度和材齡不同的構件聯(lián)合所構成的結構。Midas C ivil中的聯(lián)合截面處理主要是通過建立不同的施工階段，在適當?shù)氖┕るA段將兩種材料聯(lián)合，根據(jù)兩種構件的剛度和變形協(xié)調原理來分配構件的內力和應力，且可以考慮不同構件材齡引起的收縮徐變。

2 復興大橋的基本情況

復興大橋位于桐梓縣松坎至獅溪公路K62＋732處。建于1980年，已使用31年，沒有找到設計文件，根據(jù)現(xiàn)場調查，該橋為一跨空腹式等截面懸鏈線石拱橋，凈跨徑為50.0m，橋全長67.8m，主拱圈截面高度D＝1.3m，矢跨比f0／10＝1／8.2（實測數(shù)據(jù)），拱軸系數(shù)m＝2.24（由實測坐標數(shù)據(jù)確定）；根據(jù)該地區(qū)類似橋梁情況結合當時橋梁荷載標準推算，該橋荷載等級為汽—20、掛—100。該橋主拱圈有開裂、下?lián)犀F(xiàn)象。近年來，該公路上交通量增大、重載車輛增多，急需進行加固改造。

3 加固處理方案

3.1 加固設計要點

根據(jù)該公路交通量的特點，結合該橋的實際情況，按公路—Ⅱ級荷載進行加固提載。具體的加固設計要點如下：

a）通過植筋方式，在原主拱圈底部設置三根截面尺寸為100cm×60cm的縱向鋼筋混凝土拱肋，縱向拱肋采用截面尺寸為100cm×60cm橫向系梁相連；

b）通過植筋方式，在原橋拱座及基礎內側澆注1m厚度的鋼筋混凝土來支撐新增拱肋；

c）維持原橋面標高不變，對橋梁系拆除翻修；

d）通過懸臂梁來增設人行道及欄桿。

3.2 主拱圈驗算結果

3.2.1 計算方法

采用Midas C ivil按平面單元分別建立原橋和加固后裸拱數(shù)值模型，不考慮拱上建筑的聯(lián)合作用，整個主拱圈結構離散為50個單元（見圖1）。

圖1 復興大橋模型圖

主拱圈以上結構的自重按靜力荷載處理，主拱圈自重由程序自動計入，汽車荷載為公路—Ⅱ，人群荷載之和為3.0kN／m2。按規(guī)范JTG D60—2004第4.1.6條，建立下列三種荷載組合：

a）荷載組合Ⅰ為恒載＋汽車荷載＋人群；

b）荷載組合Ⅱ為：恒載＋汽車荷載＋人群＋溫升；

c）荷載組合Ⅲ為恒載＋汽車荷載＋人群＋溫降；

由于該橋已建成使用多年，本次只進行成橋階段驗算，但為了解主拱圈原截面和新增拱肋截面的應力分布情況，加固后的模型共劃分為4個施工階段，在第二施工階段建立原截面和新增拱肋截面的聯(lián)合截面，使兩種剛度不同的材料協(xié)調受力。各施工階段的主要情況如下：

a）第一階段 添加主拱圈單元（截面為未加固前的截面）、自重及相應的邊界；

b）第二階段 建立施工階段聯(lián)合截面，使新增拱肋截面與原截面共同協(xié)調受力；

c）第三階段 添加主拱圈以上部分的結構自重；

d）第四階段 給該施工階段3 650d的時間來考慮新增混凝土拱肋收縮徐變的時間依存性.

3.2.2 強度驗算結果

根據(jù)內力結果，計算在最大彎矩和最大軸力情況下主拱圈拱腳、1／8跨、1／4跨、3／8跨及拱頂特征斷面處截面強度系數(shù)（K＝R（fd，ad）／γ0S）見表1。

表1 各截面強度系數(shù)值表

計算結果表明，在公路—Ⅱ級荷載下，加固前主拱圈拱腳截面在組合Ⅲ工況下（最大負彎矩）不滿足要求，其它截面的截面承載力滿足規(guī)范要求；加固后拱腳截面的截面強度系數(shù)由0.93提高到1.17，截面承載力滿足規(guī)范要求。

3.2.3 整體“強度-穩(wěn)定”驗算結果

通過驗算，在最不利荷載組合（組合Ⅱ）下，加固前強度穩(wěn)定系數(shù)φAfcd/γ0Nd=0.84，可見整體縱向穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求；加固后強度穩(wěn)定系數(shù)φAfcd/γ0Nd=2.04，整體縱向穩(wěn)定滿足要求。

4 截面計算應力結果對比

原拱圈和新增拱肋的理論計算應力與荷載試驗中的測試應力對比如表2所示。

表2 理論計算與測試最大應力數(shù)值表

可見理論計算和實測應力相差不大，表明Midas C ivil中施工階段聯(lián)合截面功能可以較好地應用于石拱橋加固計算中。

5 結語

理論值與實測結果對比和具體施工均表明，Midas C ivil計算方法合理、適用。

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