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        三跨連續(xù)雙曲拱橋病害原因分析及加固措施

        2018-06-05 10:15:58劉超
        科教導刊·電子版 2018年11期
        關鍵詞:病害分析維修加固荷載試驗

        劉超

        摘 要 鋼筋混凝土雙曲拱橋是上世紀60~70年代建設最多的一種拱橋型式,對我國的交通事業(yè)做出了巨大貢獻,然而至今此類橋型病害較多,對交通安全構成威脅。本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景,提出了有效的加固方法,并對該橋加固前后結果做荷載試驗對比驗證。

        關鍵詞 雙曲拱橋 病害分析 荷載試驗 維修加固

        中圖分類號:U445 文獻標識碼:A

        雙曲拱橋最早出現(xiàn)于20世紀60年代初期,由于它造型美、造價低、施工快、材料省等優(yōu)點,當時在全國范圍內(nèi)得到大量推廣使用,由于雙曲拱存在先天不足,特別是在大交通量、長期重荷載作用下,大部分雙曲拱橋出現(xiàn)不同程度的病害。對比拆除重建,維修加固更具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益,本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景,并對該橋加固前后結果做荷載試驗對比。

        1加固橋梁概況

        該橋為三跨連續(xù)鋼筋混凝土雙曲拱橋,跨徑組合為3?3m,矢跨比1/6,橫向4肋3波,主拱肋及拱上建筑為鋼筋混凝土結構,拱墻為磚石料砌體結構,該橋全長46m,其中兩端各有3.5m實腹段,橋面總寬8.0m,橋面布置為0.25m(防護欄)+7.5m(車行道)+0.25m(防護欄)。下部結構為重力式實體橋墩和加后座的U形橋臺。設計荷載等級為汽車-10級,驗算荷載為履帶-50。

        2病害狀況及其荷載試驗

        2.1橋梁病害狀況

        2.1.1主拱圈病害

        主拱圈拱頂普遍下?lián)?,下?~2cm,而且上、下游下降值很不一致。拱波波腹頂部出現(xiàn)局部縱向裂縫;拱波與拱肋連接處多處開裂。邊拱肋出現(xiàn)長約50cm的環(huán)向裂縫。

        2.1.2腹拱、橫墻病害

        腹拱跨中多處出現(xiàn)橫向裂縫,腹拱拱波連接處多處縱向開裂。拱波波腹頂部出現(xiàn)局部縱向裂縫;拱波與拱肋連接處多處開裂。

        2.1.3橋面系病害

        橋面破損現(xiàn)象比較嚴重,分散裂縫較多,伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達,橋梁兩端橋面破碎特別嚴重。個別路緣石移位,欄桿損壞嚴重。

        2.2橋梁荷載試驗鑒定

        在設計荷載“汽車-10級”車道荷載(無人群荷載)作用下,應用動態(tài)規(guī)劃加載法計算出各片拱肋在設計荷載作用下的內(nèi)力效應,求得1#拱肋(邊拱肋)拱腳最大軸壓力和負彎矩力分別為-9.20E+04N和-1.38E+04N.m,1#拱肋拱頂受正彎矩最大為1.12E+04 N.m。本次試驗采用沙包加載,共需要460個沙包(單包重50?kg;總重約23t),試驗步驟分為3級加載和1級卸載共4個工況,鑒于結構狀態(tài)較差病害較多,試驗荷載加載效率取0.95。

        在使檢測跨拱頂最大正彎矩、拱腳最大軸壓力和最大負彎矩達到加載效率工況下,拱頂位置的測點的最大彈性撓度實測值為0.78mm,而對應的理論計算撓度為0.72mm,兩者的比值為1.09,測試結果總體比較離散,撓度測試指標均不能滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》和校驗系數(shù)的要求。

        殘余變形的測試結果及實測應變與荷載效率關系的實測結果表明,該橋結構彈性工作性能明顯退化;

        動載試驗測試拱跨各測點的地脈動實測加速度時程曲線及頻譜,動測數(shù)據(jù)分析表明:測試跨(3#~4#拱跨)的一階自振頻率值為5.402,而對應的理論計算一階頻率為6.766Hz,實測值小于理論計算值,表明該橋?qū)嶋H剛度較小,工作性能較差,振動響應微弱,主頻峰值不明顯。

        從變形實測結果來看,由于該橋橋齡較老,裂縫較寬,使得實測結果與理論計算值間的偏差增大并出現(xiàn)較大的離散性。總體說來該石拱橋主要承重結構的整體性能較差,結構材料性能退化非常嚴重。應變及裂縫實測結果表明,該橋主要承重結構的拱圈性能嚴重受損。

        3維修加固措施

        3.1主拱圈維修加固

        拱肋加固采用粘結鋼板法,將鋼板粘結在原結構受拉側,采用環(huán)氧樹脂作為粘結劑,鋼板和混凝土之間采用加壓膨脹螺栓緊固。拱波裂縫寬度普遍大于0.15mm,先采用注膠法對裂縫修補,再粘貼碳纖維布補強。拱肋和腹拱維修加固見圖2,拱波維修加固見圖3。

        3.2拱上建筑維修加固

        腹拱采用錨噴混凝土法加固,首先鑿除原腹拱混凝土保護層,直至露出主筋,然后種植錨固筋,焊接鋼筋網(wǎng),清除界面殘渣,最后一次噴射完成混凝土保護層,確保新舊混凝土形成整體。腹拱維修加固見圖2。

        3.3橫系梁維修加固

        通過荷載試驗,發(fā)現(xiàn)該橋橫向聯(lián)系較弱,不拆除原有的橫向聯(lián)系梁,而是用噴錨技術施工每跨增加兩道預應力混凝土橫系梁,提高橋跨的整體受力性能,拱波的縱向開裂也得到有效控制。

        3.4橋面系整治

        將原橋的橋面鋪裝鑿除,拆除原有欄桿、路緣石,安裝預制的欄桿、燈柱、路緣石、熱融式無縫伸縮裝置。分左右兩幅依次澆筑成型新的防水性能良好的鋼筋混凝土路面。

        4維修加固效果

        整治加固后的大橋重新進行靜、動荷載試驗,試驗方法、加載量級均不變。靜載試驗的主要檢測數(shù)據(jù)見表1(撓度值向下為正,單位為mm)。

        表1:加固前后試驗荷載工況下各測點撓度的實測值和計算值比較(mm)

        從表1可以看出,加固后實測撓度值比加固前要小,而且還小于理論計算值。通過動載試驗測得加固后的一階自振頻率為7.12Hz,加固后自振頻率有所提高。

        通過加固前后荷載試驗結果表明,結構剛度和整體性得到較大提高,橋梁的實際承載力能滿足設計荷載等級要求,維修加固效果良好。

        參考文獻

        [1] 鐵組YC4-4/1978科研專題,大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

        [2] 交通部.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[M].人民交通出版社,1989.

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