黃慶祥

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

?

某剛架拱橋的加固方案及效果分析

黃慶祥

(山西省交通科學研究院，山西 太原 030006)

基于剛架拱橋的結構特點和傳力機理，在分析某剛架拱橋典型病害的基礎上，針對其橫向聯(lián)系薄弱、提載潛力小等問題，提出采用增大截面法對邊拱肋進行加固補強、增設橫向聯(lián)系并輔以預應力技術加強橋梁橫向聯(lián)結的診治方案，提高整體剛度。實橋荷載試驗表明，該方案加固效果良好。為今后同類在役橋梁的維修加固設計提供參考和借鑒。

剛架拱橋；增大截面；預應力技術；維修加固

剛架拱橋是結合桁架拱、雙曲拱、斜腿剛構等橋型演變而來的結構，屬于高次超靜定的空間受力承載體系，具有構件少、易施工、造型優(yōu)美、經(jīng)濟效益顯著等特點，在我國20世紀八九十年代被廣泛應用[1-4]。然而，受當時技術條件限制，結構本身提載潛力小[5]，伴隨重型車輛迅猛增加，大量在役剛架拱橋經(jīng)過多年運營后均產生了不同程度的損壞。

本文在剖析某在役剛架拱橋病害的基礎上，提出增大邊拱肋截面、新增橫向聯(lián)系并輔以預應力技術的處治方案，旨在為今后同類型橋梁的維修加固設計提供參考和借鑒。

1 橋梁概況

某橋全長535 m, 橋面凈寬12 m(行車道)+2× 2 m(人行道)。上部結構為12×40 m剛架拱橋，矢跨比為1/10，橫向設置5片拱肋。下部結構為混凝土實體式墩，橋臺為重力式U型橋臺，基礎為擴大基礎。設計汽車荷載為汽-20級，掛-100級；人群荷載為350 kg/m2。橋梁總體立面圖如圖1所示。

2 典型病害及其因素分析

2.1 典型病害

邊拱肋跨中出現(xiàn)下沉跡象；全橋橫向聯(lián)系存在嚴重的混凝土脫落、露筋和鋼筋銹蝕等現(xiàn)象；部分微彎板底部混凝土剝落、鋼筋外露且伴有銹蝕；橋面鋪裝局部出現(xiàn)橫向裂縫、破損等。靜動載試驗表明，橋梁實測應變和撓度值均大于理論計算值，橋梁整體剛度偏小。

2.2 原因分析

2.2.1 設計因素

鑒于當時設計理念及追求經(jīng)濟效益的考慮，剛架拱橋普遍采用小尺寸構件、低配筋率，造成橋梁超載潛力小、結構安全性儲備不足。此外，各拱肋僅通過橫向聯(lián)系連接，一旦橋梁處于損傷狀態(tài)，易導致拱肋橫向剛度不足，使得各拱肋貢獻不協(xié)調，甚至出現(xiàn)“單拱肋受力”現(xiàn)象。

2.2.2 施工因素

該剛架拱橋采用“工廠預制，現(xiàn)場拼裝”的施工工法，構件的整合對施工精度提出了較高的要求。檢測過程中發(fā)現(xiàn)在大、小節(jié)點及拱肋跨中濕接頭接合處，均存在豎向或環(huán)向裂縫，這可能是焊接質量和后澆帶施工質量控制不嚴格導致。

2.2.3 運營因素

原結構設計技術標準較低[6]，與現(xiàn)今迅猛增加的交通量不匹配，且該橋為當?shù)刂饕涍\車道，大車、重車多，超載現(xiàn)象頻繁，使得橋梁更加容易受損。

3 加固方案

3.1 總體加固思路

針對剛架拱橋結構的傳力特點，本次加固以提高橋梁縱橫向剛度為主線，兼顧橋梁耐久性問題。加固著重提高關鍵構件的承載力，同時增加橋梁的橫向聯(lián)系以提高橋梁結構的整體性，從而提高橋梁結構的整體承載力。加固方案總體布置如圖2所示。

3.2 加固措施

3.2.1 拱肋的加固

計算結果表明，在移動荷載作用下，邊拱肋受力較其他拱肋大，存在較多徑向裂縫，因此著重于邊拱肋的強度加固?；谠龃蠼孛娣ㄍ獍炷?5 cm并配合植筋技術加固兩側邊拱肋。實腹段在拱肋底面和側面增大截面形成馬蹄形加固，拱腿、斜撐四面現(xiàn)澆混凝土。施工前需對原拱肋線形進行復測，復測成果是底膜板標高放樣的重要依據(jù)。

3.2.2 橫系梁加固

基于“剛性橫梁法原理”，在原有橫系梁旁新增橫向聯(lián)系，與原橋橫系梁、拱肋共同受力，加固示意圖如圖3所示。新增橫系梁采用預應力混凝土結構的形式。預應力穿孔尺寸應嚴格設計，避免對原結構產生過大擾動。預應力鋼筋張拉控制應力約為其設計強度的20%，預應力張拉應在橫梁加固前進行，上下2根鋼筋同時進行張拉，必要時可以在肋間設置型鋼以支撐。預應力穿孔及張拉必須逐個斷面進行，即完成一個斷面上下緣的預應力束施工后，再進行下一個斷面的預應力施工，待整孔的預應力鋼筋全部施工完成后，再進行橫向聯(lián)系的施工，施工加載程序需按照均衡對稱加載的總原則進行。

3.2.3 橋面系改造

拆除原橋面系，包括橋面鋪裝、人行道和欄桿等。在拆除過程中不得損害原橋微彎板及拱肋。待實腹段、拱腿和斜撐加固及橫系梁加固混凝土澆筑完成后，重新鋪設防水層，進行橋面鋪裝、欄桿安裝，以改善行車條件。

3.2.4 其他構件的維修養(yǎng)護

對于寬度小于0.15 mm的裂縫，直接封閉裂縫處理；對于寬度大于0.15 mm的裂縫進行灌漿處理?；炷帘砻嫒毕莶捎镁酆衔锷皾{進行修補。

4 荷載試驗驗證

為驗證本加固方案的實施效果，進行了橋梁動載試驗。全橋共設8個控制截面，即跨中、8#抗推墩、11#墩墩頂截面，控制截面如圖4所示，分10 個荷載工況分別進行加載試驗。全橋共設12個豎向振動測點(不含激勵拾振器)，分別布置在每跨的跨中及L/4、3L/4截面處，以對橋梁結構的模態(tài)參數(shù)和結構振型進行測算。

主要控制截面最大撓度及殘余變形結果見表1，部分裂縫監(jiān)測結果見表2。

試驗結果表明：①各工況下實測控制截面豎向位移與理論值的比值均小于1.0，豎向剛度滿足設計和使用要求；②各工況下，卸載后結構的殘余變形較小，結構處于彈性工作狀態(tài)；③實測一階頻率為4.64 Hz，高于理論計算值3.65 Hz，加固后實橋結構的整體剛度滿足設計要求。

表1 主要控制截面最大撓度及殘余變形結果

表2 部分裂縫監(jiān)測結果

5 結束語

本文從設計、施工、運營三方面分析了某剛架拱的病害產生機理。采用邊拱肋增大截面，增設橫梁并施加預應力等方案可以顯著提升橋梁縱、橫向剛度，并通過荷載試驗得到了驗證。該方案可推廣到類似橋梁病害的維修加固設計中。

[1] 婁有原.剛架拱橋的發(fā)展與推廣[J].公路交通科技,1989,6(4):33-38.

[2] 姜秀娟,武俊彥,盧偉,等.剛架拱橋加固效果淺析[J].公路交通科技(應用技術版),2014(1)：43-45.

[3] 周新平,宗雪梅.剛架拱橋荷載橫向分布系數(shù)研究[J].鄭州大學學報(工學版),2007,28(2):101-104.

[4] 張凱,李宇,周燕.剛架拱橋力學性能分析[J].鄭州大學學報(工學版),2008,29(4)：106-110.

[5] 李曉鳴,曹人清,何聰.剛架拱危橋加固提載設計[J].公路,2016(11):136-140.

[6] 中華人民共和國交通運輸部.JTJ D60-2015公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2015.

(責任編輯 吳鴻霞)

Reinforcement Scheme and Effect Analysis of a Rigid Frame Aarch Bridge

HuangQingxiang

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

Based on the structural characteristics and force transfer mechanism of rigid frame arch bridge and the analysis of the typical disease of a rigid frame arch bridge,a reinforcement acheme including reinforcing the side arch rib t,adding lateral contact with prestressed technology to strengthen the treatment of bridge transverse connection and improving the overall stiffness by enlarging section method has been put forward to solve the problems of weak horizontal linkages and increasing load potential.The results show that the reinforcement effect is good,which provides reference for the maintenance and reinforcement design of similar bridges in service in the future.

rigid frame arch bridge;enlarged section;prestress technology;maintenance and reinforcement

2017-01-09

黃慶祥，工程師，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.03.013

U445.7+2

A

2095-4565(2017)03-0056-03