劉 楊

（朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036002）

0 引言

雙曲拱橋是由我國橋梁工程專家于1964年最先提出的，由于其化整為零的安裝理念，在當(dāng)時起重設(shè)備落后、材料緊缺、大體積、高強(qiáng)度混凝土施工水平不高的時代，對橋梁建設(shè)起到了重要的推動作用，也曾經(jīng)得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。然而這種集零為整的施工方法，也帶來了橋梁整體剛度差等問題，以往的平面桿系、空間梁板體系法均無法模擬橫橋向各片拱肋的荷載橫向分布情況，也不能有效模擬其各構(gòu)件之間受力的差異性，板殼元法和實體元法模型復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理繁瑣，且不能準(zhǔn)確反映各片拱肋截面彎矩這種宏觀的受力指標(biāo)。本文根據(jù)梁格法基本原理，對該橋在各工況的受力狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)分析[1]。

1 工程概況

某雙曲拱橋共5跨。橋梁上部結(jié)構(gòu)：上承空腹式雙曲拱橋，每跨橫橋向布置6片拱肋，拱肋之間采用橫系梁連接。拱上建筑：靠近拱腳處每跨采用3孔腹拱，腹拱拱腳處采用整體式立墻，主拱圈跨中區(qū)段采用實腹段。橋梁下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋面寬度為：凈-9 m（行車道）+2×1.5 m（人行道）+2×0.2 m（護(hù)欄）。該橋始建于1991年，橋梁設(shè)計荷載等級為汽車-20級，掛車-100。該橋目前主要存在的病害有：

a）部分拱肋跨中區(qū)段下緣有橫向裂縫，部分拱肋局部有掉塊露筋現(xiàn)象。

b）部分拱波有滲水、白華，拱波開裂較為嚴(yán)重，部分拱波裂縫的最大寬度達(dá)1 mm，已經(jīng)超過規(guī)范允許值范圍。

c）橫系梁局部有露筋現(xiàn)象，部分橫系梁處有滲水、白華。

d）大部分腹拱有橫橋向裂縫，且裂縫寬度最大值達(dá)1 mm，超過規(guī)范允許值范圍，部分腹拱滲水和白華。

圖1 橋跨結(jié)構(gòu)圖

圖2 梁肋分布圖

2 梁格法分析的基本原理

梁格法是根據(jù)等效剛度的原則將橋梁結(jié)構(gòu)等效成由拱波和拱肋組成的格構(gòu)單元，采用空間梁單元進(jìn)行模擬。在相同荷載作用下，等效結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)變形相等，且在任一梁格內(nèi)的彎矩、剪力和扭矩應(yīng)等于該梁格所代表的實際結(jié)構(gòu)部分的單元內(nèi)力。但是由于實際結(jié)構(gòu)和“等效體系”有著不同的結(jié)構(gòu)特性，上述“等效”的理想狀況一般難以完全達(dá)到，只能近似模擬，因此如何“等效”成為梁格法實際應(yīng)用的關(guān)鍵。

3 梁格截面特性計算及計算模型[2]

a）縱向構(gòu)件抗彎剛度：

b）縱向格構(gòu)抗剪剛度：

c）縱向格構(gòu)抗扭剛度：

d）若梁格無橫隔板，橫向梁格剛度：

e）若梁格有橫隔板，且間距不大時橫向剛度：

f）若梁格有橫隔板，且間距較大時，T梁截面中翼緣取有效跨徑的 1/12，按式（6）、式（7）計算。

如果結(jié)構(gòu)的縱、橫向構(gòu)件截面特性差異較大，應(yīng)合理劃分格構(gòu)單元，確保等效后結(jié)構(gòu)的傳力路徑、作用方式及相對剛度不變[3]。

g）結(jié)構(gòu)離散模型，見圖3。

圖3 全橋結(jié)構(gòu)離散圖

4 試驗結(jié)果分析

4.1 縱向撓度試驗分析結(jié)果

圖4 程序一荷載作用下橋梁縱向撓度曲線圖

圖5 程序二荷載作用下橋梁縱向撓度曲線圖

圖6 程序三荷載作用下橋梁縱向撓度曲線圖

圖7 程序四荷載作用下橋梁縱向撓度曲線圖

4.2 橫向撓度試驗分析結(jié)果

圖8 程序三荷載作用下第四跨L/2斷面橫向撓度曲線圖

圖9 程序四荷載作用下第三跨L/2斷面橫向撓度曲線圖

5 結(jié)論

采用梁格法分析雙曲拱橋時，主梁各控制截面內(nèi)力及位移在各種工況作用下，其實測值與理論計算值受力規(guī)律基本一致。同時，由于該橋運營時間較長，跨中區(qū)段主拱肋開裂較為嚴(yán)重，主梁實測撓度均大于理論計算值，校驗系數(shù)在1.11～1.74之間，表明該橋整體剛度較差，不能滿足試驗荷載等級的要求。