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        某鋼管混凝土拱橋缺陷分析及加固建議

        2017-11-02 17:41:00陶東陽(yáng)
        城市地理 2017年8期
        關(guān)鍵詞:鋼管混凝土缺陷拱橋

        陶東陽(yáng)

        摘要:鋼管混凝土拱橋在我國(guó)發(fā)展迅速,但存在的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。某鋼管混凝土系桿拱橋在檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)該橋存在鋼管脫空、吊桿銹蝕、錨頭銹蝕等常見(jiàn)病害以及主粱振動(dòng)、剛度不足等動(dòng)力缺陷。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果,結(jié)合相關(guān)規(guī)范,對(duì)該橋提出加固建議,為以后鋼管混凝土拱橋的檢測(cè)與加固提供依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:鋼管混凝土;拱橋;缺陷;處治

        1前言

        據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),從1990年在四川建成旺蒼東河大橋第一座鋼管混凝土拱橋開(kāi)始截至目前,我國(guó)已經(jīng)建成的各類此類拱橋已超過(guò)330多座,我國(guó)已經(jīng)成為世界上建造鋼管混凝土拱橋最多的國(guó)家。但由于早期修建鋼管混凝土拱橋時(shí)缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、施工等規(guī)范,計(jì)算理論的不成熟以及交通量的增加導(dǎo)致這些拱橋的病害已經(jīng)顯現(xiàn)。筆者通過(guò)結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例,并對(duì)某鋼管凝土拱橋的病害和動(dòng)力缺陷進(jìn)行分析,為該類鋼管混凝土拱橋的加固設(shè)計(jì)和安全評(píng)估提供一定的依據(jù)。

        2鋼管混凝土拱橋概況

        某連續(xù)多跨鋼管混凝土拱橋是一座五孔中承式鋼管混凝土系桿拱橋,主拱拱肋共設(shè)置三道,截面形式采用啞鈴型,橫撐采用x形或直鋼管,跨徑形式為(30+3*80+30)m。大橋下部構(gòu)造拱座、承臺(tái)采用鋼筋混凝土,承臺(tái)頂面設(shè)四棱臺(tái)拱座,橫向做成整體式,每個(gè)承臺(tái)下設(shè)鉆孔灌注樁,分隔墩采用柱式墩,蓋梁做成整體式。橋面形式為雙向四車道,寬度26.0m,設(shè)計(jì)荷載為公路—I級(jí),并于2008年8月建成通車,至今已運(yùn)營(yíng)9年。

        3主要病害結(jié)果

        3.1主拱圈、橫向連接系缺陷

        經(jīng)檢查該橋拱肋多處錨頭正上方拱肋處焊縫開(kāi)裂,拱肋焊縫局部開(kāi)裂,拱肋及拱肋橫撐表面涂層掉落,局部拱肋灌注混凝土不密實(shí),管內(nèi)脫空,其中多處脫空嚴(yán)重。

        鋼管混凝土只有在鋼管與管內(nèi)混凝土緊密結(jié)合起來(lái)才能夠發(fā)揮其優(yōu)越性,然而,由于兩種材料的性質(zhì)的不同,再加上施工工藝的缺陷,導(dǎo)致管內(nèi)混凝土易于與鋼管產(chǎn)生脫空、空洞等病害。鋼管混凝土拱橋普遍存在脫空的現(xiàn)象,而且脫空對(duì)鋼管混凝土拱橋會(huì)產(chǎn)生很大的影響,甚至直接威脅拱肋的承載力、剛度以及穩(wěn)定性特性。

        3.2槽形板缺陷

        檢查中發(fā)現(xiàn)整體橋面板性能良好,尚能滿足使用要求。但在檢查中發(fā)現(xiàn)在該橋的橫梁頂部橋面設(shè)置伸縮縫位置,橋面晃動(dòng)明顯,橋面板與橫梁拍擊現(xiàn)象比較嚴(yán)重,槽形板與橫梁拍擊位置有不同程度的破損。

        3.3支座缺陷

        該橋上次大修時(shí)在伸縮縫處橫梁上所設(shè)置的板式支座出現(xiàn)大面積缺失、脫空等他病害。產(chǎn)生這類病害的原因主要是,由于橫梁處橋面槽形板切開(kāi)后,飛燕及拱上立柱為主梁提供的剛度顯著下降,造成主橋橫向一階振動(dòng)頻率降低,伸縮縫位置橋面板晃動(dòng)明顯,造成較多的支座脫空和缺失病害。

        3.4拱座缺陷

        檢查中,使用裂縫測(cè)寬儀和鋼卷尺檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)該橋存在拱座修補(bǔ)后開(kāi)裂現(xiàn)象,同時(shí)拱座存在橫向裂縫、豎向裂縫、斜向裂縫等病害。這些裂縫大多數(shù)寬度小于0.15mm,且大部分位于外側(cè)。分析成因,主要是由于大體積混凝土施工澆筑時(shí),產(chǎn)生大量水化熱,混凝土降溫不均勻?qū)е铝芽p產(chǎn)生。在溫度作用下,鋼管與混凝土變形不協(xié)調(diào)導(dǎo)致。拱肋集中力導(dǎo)致混凝土表面局部應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂縫。

        3.5橋梁動(dòng)力缺陷

        該橋梁原設(shè)計(jì)為主梁采用剛性系桿,墩梁固結(jié)的飛燕三角區(qū)域給全橋提供了極大的整體剛度。2009年經(jīng)過(guò)大修以后,主梁被切割、設(shè)置3道伸縮縫,飛燕三角區(qū)域?yàn)橹髁禾峁┑膭偠葐适В斐蓜偠认陆?。同時(shí),原短立柱對(duì)橋梁的橫向和豎向約束均被解除,造成主梁橫向和豎向剛度的嚴(yán)重下降。橋梁切割后的第一階振型為主梁反對(duì)稱橫飄,理論計(jì)算頻率為0.221Hz,與實(shí)測(cè)的0.194H z較為接近,基頻降低50%以上,橋梁動(dòng)力剛度嚴(yán)重下降。

        4加固建議

        根據(jù)該橋的病害情況,可以采取一下加固措施:對(duì)鋼管混凝土內(nèi)脫空位置進(jìn)行鉆孔、灌漿處治:對(duì)主拱圈表層防護(hù)涂層脫落位置進(jìn)行修補(bǔ);吊桿下錨頭重新灌注防腐油脂至飽滿,吊桿不銹鋼套管焊縫開(kāi)裂位置進(jìn)行焊接,并注漿至飽滿:更換脫空、缺失支座:對(duì)拱座、橫梁等裂縫,根據(jù)規(guī)范采用裂縫灌注膠或環(huán)氧砂漿進(jìn)行封閉;選擇合理的加固方式對(duì)橋梁進(jìn)行加固,解決橋梁主梁橫向一階頻率過(guò)低、槽形板與橫梁拍擊、橋面晃動(dòng)明顯等病害。

        4.1主橋主拱肋鋼管脫空病害處治

        對(duì)主拱肋頂面部分鋼管內(nèi)不密實(shí)部位長(zhǎng)度≥2m、寬度≥30cm的主拱脫空位置進(jìn)行處理。通過(guò)在管內(nèi)脫空段按1m左右間距鉆孔,清理鋼管內(nèi)空洞區(qū)域,在孔中插入長(zhǎng)約100mm鋼管作注漿管,用環(huán)氧樹(shù)脂膠封口固定,進(jìn)行注漿處理。待標(biāo)高較高孔漿體流出后,繼續(xù)壓漿至所溢出的漿體流速流暢及穩(wěn)定時(shí),停止注漿。灌漿料固化3d后,應(yīng)用超聲波及人工敲擊檢測(cè)效果。脫空部分填充飽滿后,對(duì)注漿孔進(jìn)行焊接處理,并打磨平整。

        主拱肋脫空處理完成后,對(duì)主拱肋進(jìn)行防腐涂裝。

        4.2混凝土裂縫處治

        對(duì)該橋主梁、拱座以及橫梁等混凝土構(gòu)件的裂縫,可以通過(guò)裂縫封閉或灌漿進(jìn)行處治。對(duì)于寬度<0.15mm的裂縫,采用環(huán)氧砂漿對(duì)其進(jìn)行表面進(jìn)行封閉處理。對(duì)于寬度≥0.15mm的裂縫,采用壓力灌注環(huán)氧樹(shù)脂法進(jìn)行修補(bǔ)。裂縫處治完成后,涂刷混凝土防腐蝕耐久性彈性涂層。

        4.3主梁動(dòng)力缺陷處治

        根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以得知,造成伸縮縫處槽形板與橫梁拍擊,支座缺失、脫空以及主梁晃動(dòng)的主要原因是因?yàn)橹髁旱囊浑A頻率過(guò)低。由于在2009年進(jìn)行大修時(shí),由于增加了切縫數(shù)量,橋面板的整體性大大降低,當(dāng)有重型車輛經(jīng)過(guò)橋面時(shí),主梁晃動(dòng)明顯,從而導(dǎo)致一系列新的病害。同時(shí),原短立柱對(duì)橋梁的橫向和豎向約束均被解除,造成梁橫向和豎向剛度主的嚴(yán)重下降??梢酝ㄟ^(guò)新調(diào)整主梁切割位置,并減少切縫的數(shù)量,增強(qiáng)橋面板的整體性,以提高橋梁結(jié)構(gòu)的橫向和豎向基頻,改善目前的動(dòng)力剛度不足問(wèn)題。

        結(jié)語(yǔ)垓橋在運(yùn)營(yíng)9年以后,出現(xiàn)了一系列的靜力和動(dòng)力缺陷。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,分析產(chǎn)生病害的原因,在考慮靜力加固的同時(shí),不能忽略了對(duì)動(dòng)力方面的考慮,采用靜力與動(dòng)力加固相結(jié)合的方式,可以有效解決這些缺陷。

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