方 彬， 程雪梅

(1.四川交大工程檢測(cè)咨詢有限公司，四川成都 610031； 2.金堂三溪中學(xué)，四川成都 610405)

在我國(guó)公路橋梁中，鋼筋混凝土拱橋在大、中跨徑橋梁中占比較大。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，鋼筋混凝土拱橋得到飛速發(fā)展，然而隨著交通運(yùn)輸量逐年增大，且加上自身材料性能退化和橋梁逐年病害的增加等因素，舊橋的承載能力已不能滿足當(dāng)前交通的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2015年底，我國(guó)在已建成的約77.92萬(wàn)座公路橋梁中，有近76 483座橋梁被評(píng)定為危橋，約4成已使用20多年，技術(shù)等級(jí)低的帶病橋梁占3成。若對(duì)存在較嚴(yán)重病害甚至隱藏著巨大安全隱患的橋梁進(jìn)行拆除、重建，不僅資金耗費(fèi)巨大，而且時(shí)間上也不允許。為使橋梁達(dá)到或者適當(dāng)延長(zhǎng)其使年限，就需對(duì)舊橋進(jìn)行全面的檢測(cè)，對(duì)其承載力進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估，并對(duì)存在缺陷和承載力不足的橋梁進(jìn)行有效的維修加固措施。本文以一座鋼筋混凝土拱橋?yàn)槔?，介紹了鋼筋混凝土拱橋的承載能力評(píng)估方法以及復(fù)合式加固措施,并對(duì)該橋加固前后靜力和動(dòng)力性能作對(duì)比分析,評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的加固效果[1]。

1 復(fù)合式加固方法

單一的加固方法主要有橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、配筋和增大截面加固法、粘貼加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、減輕拱上結(jié)構(gòu)重量加固法、拱圈增設(shè)套拱加固法。

復(fù)合式加固方法就是同時(shí)采用兩種或多種單一加固方法增強(qiáng)結(jié)構(gòu)某一方面或幾方面的性能，提高結(jié)構(gòu)的承載能力性能。進(jìn)行綜合加固設(shè)計(jì)時(shí)，可以幾種方法并重，也可以一種方法為主，其他方法為輔，關(guān)鍵是利用各種加固方法的互補(bǔ)性，發(fā)揮協(xié)同作用優(yōu)勢(shì)，達(dá)到安全、耐久、適用、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和美觀的目的。

2 某座鋼筋混凝土拱橋的評(píng)定與加固措施

2.1 橋梁概況

某鋼筋混凝土拱橋位于四川省達(dá)州市渠縣境內(nèi)，跨越渠江，連接廣安至大竹，該橋始建于1983年，1986年正式建成使用。橋跨組合為6×35m+6×85m+2×35m，35m橋跨為雙曲拱，85m橋跨為箱形板拱，橋梁全長(zhǎng)865.4m。

35m橋跨為雙曲拱，矢跨比為1/5，拱軸系數(shù)2.814，85m鋼筋混凝土箱形板拱，矢跨比為1/6，拱軸系數(shù)2.920。

0#臺(tái)、3#墩、6#～12#墩、14#臺(tái)采用埋置式重力式墩臺(tái)，其余橋墩采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。

橋面橫向布置為雙向車道，橫向?qū)挾葹?.2m人行道+9m機(jī)動(dòng)車道+2.2m，橋面機(jī)動(dòng)車道鋪裝采用瀝青混凝土。

原橋設(shè)計(jì)荷載：汽車—20級(jí)，掛車—100，人群荷載：3.5kN/m2。橋梁結(jié)構(gòu)立面布置圖如圖1所示。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)立面布置(單位：cm)

2.2 橋梁加固前基于多種評(píng)定方法評(píng)定橋梁承載能力的評(píng)定結(jié)果

采用基于外觀檢測(cè)、理論計(jì)算與外觀檢測(cè)結(jié)果相結(jié)合以及荷載試驗(yàn)的承載能力評(píng)估分析結(jié)果三種評(píng)定方法對(duì)橋梁加固前的承載能力進(jìn)行評(píng)估分析[2]，結(jié)果表明：外觀檢測(cè)評(píng)定表明橋梁的技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為4類[3]，理論計(jì)算評(píng)定表明橋梁結(jié)構(gòu)拱腳附近計(jì)算截面結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備系數(shù)略大于1，安全儲(chǔ)備較低，荷載試驗(yàn)評(píng)定表明橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)荷載的正常使用要求，但安全儲(chǔ)備較低。

綜上所述，目前橋跨主體結(jié)構(gòu)雖能滿足設(shè)計(jì)荷載的正常使用要求，但考慮橋跨結(jié)構(gòu)自建成至檢測(cè)時(shí)28年來(lái)從未進(jìn)行過(guò)大修，且受近些年地方經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的影響，其交通量大，超載超限車輛多，不能滿足橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全使用要求，建議對(duì)全橋進(jìn)行適當(dāng)維修和加固[4]。

3 維修加固措施

根據(jù)既有橋梁結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、交通等因素，為利用各種加固方法的互補(bǔ)性，發(fā)揮協(xié)同作用優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)加固的綜合效益，確定采用發(fā)揮協(xié)同工作的復(fù)合式加固法對(duì)該橋進(jìn)行加固維修處治。具體采用“配筋加固和增大截面加固法”“減輕拱上結(jié)構(gòu)重量加固法”與“粘貼鋼板加固法”相結(jié)合的復(fù)合式加固法。

按04版公路—Ⅱ級(jí)荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維修加固處治，復(fù)合式維修加固處治主要措施如下：

配筋加固和增大截面加固法：85m跨主拱圈第一腹拱對(duì)應(yīng)范圍拱腳段的拱背采用外包15cm厚C40鋼筋混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，增大截面高度，提高其承載能力安全富余；加固截面橫斷面圖見(jiàn)圖2。35m跨拱肋沿拱圈通長(zhǎng)在每片拱肋下緣U型外包15cm厚C40 混凝土，在拱腳第一腹拱對(duì)應(yīng)范圍的拱背外包15cm厚C40混凝土；在每道橫系梁或橫隔板下緣U型外包C40混凝土；加固截面橫斷面圖見(jiàn)圖3。

圖2 85m跨箱形板拱加固橫斷面(單位：cm)

圖3 35m跨雙曲拱加固橫斷面(單位：cm)

減輕拱上結(jié)構(gòu)重量加固法：采用LC25輕質(zhì)陶?；炷?密度等級(jí)1 800kg/m3)對(duì)全橋拱腔內(nèi)填料進(jìn)行換填。

粘貼鋼板加固法：在各腹拱下緣壓力注膠粘貼帶狀鋼板對(duì)其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，主橋腹拱鋼板厚8mm，引橋腹拱鋼板厚6mm[5]。

上述維修加固措施有效的針對(duì)橋梁承載能力偏弱的特點(diǎn)，對(duì)主拱圈、腹拱圈等主要承重構(gòu)件減輕拱上建筑的恒荷載，對(duì)其主要承重構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。

4 橋梁加固前后受力性能對(duì)比分析

驗(yàn)證橋梁加固設(shè)計(jì)的合理性和復(fù)合式加固改造效果，通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證是一種必要有效的手段之一。靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容包括應(yīng)變和撓度測(cè)試，分別測(cè)試特征截面的應(yīng)變和豎向位移。動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容包括自振特性及沖擊性能測(cè)試，自振特性包括橫豎向頻率值及對(duì)應(yīng)的阻尼比，沖擊性能包括無(wú)障礙行車及有障礙行車沖擊系數(shù)[6-7]。加固前荷載試驗(yàn)等級(jí)為“汽車—20級(jí)，掛車—100，人群荷載：3.5kN/m2”，加固后荷載試驗(yàn)等級(jí)為“公路—Ⅱ級(jí)，人群荷載：3.5kN/m2”。

4.1 加固前后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比分析

主拱圈截面加固前后應(yīng)變對(duì)比分析見(jiàn)表1，由表可知，橋跨結(jié)構(gòu)主拱圈在加固后各實(shí)測(cè)應(yīng)變均減小，減小幅度介于6.9 %～70.2 %之間。結(jié)果表明主拱圈、橋面系加固效果較好，加固結(jié)構(gòu)對(duì)主拱受力起到了一定的分擔(dān)作用，復(fù)合式加固效果顯著[8-10]。

4.2 加固前后結(jié)構(gòu)剛度對(duì)比分析

主拱圈截面加固前后撓度對(duì)比分析見(jiàn)表2，由表可知，主拱圈在加固后實(shí)測(cè)撓度減小幅度介于-43.0 %～363.0 %之間。結(jié)果表明主拱圈、橋面系的加固改變了結(jié)構(gòu)的剛度分配，且加固前后加載車輛重量和位置均有變化，從整體上看，主拱圈、橋面系加固改造效果較好，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體剛度，復(fù)合式加固效果顯著。

4.3 加固前后自振特性對(duì)比分析

加固前后橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比的對(duì)比分析見(jiàn)表3，由表可知，橋跨結(jié)構(gòu)加固后的豎向、橫向?qū)崪y(cè)自振頻率比加固前均有所提高，提高幅度介于18.8 %～41.7 %之間。表明主拱圈、橋面系加固改造顯著提高了橋跨結(jié)構(gòu)豎向、橫向剛度。

加固后橋跨結(jié)構(gòu)的阻尼比普遍大于加固前的阻尼比，表明加固改造后增強(qiáng)了橋跨結(jié)構(gòu)的耗能能力。

4.4 加固前后沖擊性能對(duì)比分析

加固前后橋跨結(jié)構(gòu)沖擊性能的對(duì)比分析見(jiàn)表4、圖4、圖5，由圖表可知，加固后無(wú)障礙行車和有障礙行車沖擊系數(shù)比加固前均有所減小。表明橋面系的加固提高了橋面平順度，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)整體性，提高了結(jié)構(gòu)抗沖擊性能，減小了對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊損傷作用。

表1 主拱圈截面加固前后應(yīng)變對(duì)比分析

注：實(shí)測(cè)值比較以加固前數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)；差異項(xiàng)中應(yīng)變?cè)龃鬄檎?，減小為負(fù)。

5 結(jié)論

(1)采用多種承載能力評(píng)估方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力進(jìn)行了科學(xué)、合理的評(píng)估分析，為下一步的維修加固提供了重要的技術(shù)依據(jù)。

(2)針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力偏弱的特點(diǎn)，該橋采用了“配筋加固和增大截面加固法”“減輕拱上結(jié)構(gòu)重量加固法”與“粘貼鋼板加固法”相結(jié)合的復(fù)合式加固法進(jìn)行了加固，并對(duì)缺損的部位進(jìn)行了維修補(bǔ)強(qiáng)。

(3)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)的靜載受力性能得到明顯提高，有效的提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，表明了復(fù)合式加固對(duì)主拱圈受力起到了一定的分擔(dān)作用，復(fù)合式加固效果顯著。

(4)加固后橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能良好，各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)均有明顯的改善，表明復(fù)合式加固增強(qiáng)了橋跨結(jié)構(gòu)的耗能能力，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)整體性，提高了結(jié)構(gòu)抗沖擊性能，減小了對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊損傷作用。

表2 主拱圈截面加固前后撓度對(duì)比分析

注：實(shí)測(cè)值比較以加固前數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)；差異項(xiàng)中應(yīng)變?cè)龃鬄檎?，減小為負(fù)，以下同。

表3 加固前后橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比的對(duì)比分析

表4 加固前后橋跨結(jié)構(gòu)沖擊性能的對(duì)比分析

圖4 加固前后橋跨結(jié)構(gòu)無(wú)障礙行車沖擊系數(shù)對(duì)比

圖5 加固前后橋跨結(jié)構(gòu)有障礙行車沖擊系數(shù)對(duì)比

(5) 該橋采用的復(fù)合式加固措施有效，方法得當(dāng)，加固效果顯著，可供類似橋梁結(jié)構(gòu)的加固參考、借鑒，可大范圍推廣運(yùn)用。