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        剛架拱橋維修加固施工監(jiān)控分析

        2021-08-04 08:58:28姚響宇
        廣東土木與建筑 2021年7期
        關(guān)鍵詞:剛架全橋拱橋

        姚響宇

        (1、廣東盛翔交通工程檢測有限公司 廣州511400;2、廣東和立土木工程有限公司 廣州511400)

        0 前言

        本文介紹了國道325線陽江段某大橋新橋維修加固方案,通過對拱橋維修加固主要過程的仿真分析掌握其特性,再通過對橋梁維修加固過程中的施工監(jiān)控掌控其安全狀況,為相關(guān)橋梁維修加固及施工監(jiān)控提供參考。

        1 剛架拱橋維修加固方案

        某大橋新橋位于國道G325 線陽江段上,跨越漠陽河,橋墩臺與線路呈正交布置,橋梁全長359.04 m,橋梁寬度12.1 m。上部結(jié)構(gòu)采用剛架拱及現(xiàn)澆板梁組合形式,跨徑為12.02 m+8×42.25 m+9.02 m,下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁和擴(kuò)大基礎(chǔ)2 種基礎(chǔ)形式,2、6、7、8 號墩為單排樁基礎(chǔ),橋臺為雙排樁基礎(chǔ),3、4、5 號墩為擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計荷載為汽車-20 級,掛車-100。

        本剛架拱橋主要維修加固內(nèi)容如表1 所示,主要施工順序如下:

        表1 剛架拱橋主要維修加固內(nèi)容Tab.1 Main Maintenance and Reinforcement Content of a Rigid Frame Arch Bridge

        ⑴全橋橫橋向?qū)ΨQ分為左右中A、B、C 三塊(見圖1),每塊分為2 條,全橋順橋向每條同步拆除,由外側(cè)往內(nèi)側(cè)對稱拆除,先拆除左右2塊,新增兩側(cè)拱片完成后,重建左右2 塊橋面板,再拆除中間塊,新增中間拱片,再重建中間橋面板,最后重建橋面鋪裝及橋面系。

        圖1 拆除分塊分條示意圖Fig.1 The Diagram of Remove Block and Strip (cm)

        ⑵單跨從跨中位置起向拱腳前后對稱拆除。

        ⑶橫橋向?qū)蛎姘宸譃?段(4.35+3.60+4.35)m,劃分原則以拱片支點(diǎn)為中心劃分,先拆除左右A、B 塊4.35 m 寬橋面鋪裝與橋面板,采用風(fēng)鎬配合切縫機(jī)切成混凝土塊,順橋向各分為2 條,同時拆除A1、B1 塊,再同時拆除A2、B2 塊,依次拆除,并且前一條拆完運(yùn)走后方可進(jìn)行后一排的拆除。

        ⑷微彎板構(gòu)件拆除采用吊裝方式,采用人工鑿除榫頭,保留原榫頭鋼筋。

        ⑸采用雙拼工字鋼在橫橋向與主拱腿用套箍固定,以加強(qiáng)拱片橫向穩(wěn)定性,數(shù)量及間距與橫系梁和橫隔板保持一致。

        ⑹在新增拱片施工前對橫系梁摸查,探明其是否有預(yù)應(yīng)力鋼筋,對有預(yù)應(yīng)力鋼筋的橫系梁進(jìn)行鉆孔;對無預(yù)應(yīng)力鋼筋的橫系梁進(jìn)行鑿除作業(yè),鑿除A、B塊處拱片之間橫系梁和橫隔板與新增拱片接觸面的混凝土,保留原鋼筋(見圖2)。

        圖2 拱片橫隔板與橫系梁現(xiàn)狀Fig.2 Present Situation of Arch Diaphragm and Transverse Beam

        ⑺以C 塊為通道,進(jìn)行A、B 塊處新增拱片的施工,新增拱片按設(shè)計要求設(shè)置拱片預(yù)拱度。

        ⑻以新建橋面板后的A、B 塊為通道,拆除C 塊3.6 m寬的橋面鋪裝與橋面板。

        ⑼鑿除C 塊處拱片之間橫系梁和橫隔板與新增拱片接觸面的混凝土,保留原鋼筋。

        ⑽以新建橋面板后的A、B 塊為通道,進(jìn)行C 塊處新增拱片的澆筑,新增拱片按設(shè)計要求設(shè)置拱片預(yù)拱度。

        ⑾待C 塊處新增拱片達(dá)到95%強(qiáng)度后,澆筑中間5.477 m寬的橋面板。

        ⑿待C 塊處橋面板達(dá)到95%強(qiáng)度后重建全橋橋面鋪裝、護(hù)欄等橋面系設(shè)施。

        2 剛架拱橋維修加固仿真分析

        2.1 全橋倒拆分析及整體穩(wěn)定性驗算

        橋梁理論計算模型示意如圖3所示。

        圖3 剛架拱橋有限元模型Fig.3 Finite Element Model of a Rigid Frame Arch Bridge

        通過橋梁有限元分析[1-6]可知:全橋倒拆分析過程中,拆除橋面及橫系梁前拱片最大橫向位移0.21 mm(外偏),豎向撓度為-11.6 mm(往下);拆除橋面及橫系梁后拱片最大橫向位移3.60 mm(外偏),豎向撓度為-5.5 mm(往下)。

        將結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝作為荷載對其進(jìn)行屈曲分析,拱橋一階、二階、三階、四階、五階、六階模態(tài)荷載臨 界 系 數(shù) 分 別 為1.207、1.209、1.218、1.218、1.219、1.220,由此得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)。一般情況下穩(wěn)定性系數(shù)最小時結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)的可能性最大,經(jīng)計算,原橋在拆除橫系梁后結(jié)構(gòu)的最小穩(wěn)定性系數(shù)為5.04,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足文獻(xiàn)[7]大于4.0的要求。

        2.2 拱橋橫梁拆除狀況下承載力驗算

        經(jīng)計算拱橋在橫梁拆除狀況下,拱橋承載力滿足文獻(xiàn)[8]要求,具體結(jié)果如表2所示。

        表2 拱橋在橫梁拆除狀況下的承載能力驗算結(jié)果Tab.2 The Checking Result of Bearing Capacity of Arch Bridge under the Condition of Beam Removal

        2.3 預(yù)應(yīng)力橫隔梁最小保留高度驗算

        經(jīng)計算有預(yù)應(yīng)力的橫梁需至少保留6 cm高度,方可確?;炷翂簯?yīng)力不超限,具體結(jié)果如下:橫梁預(yù)應(yīng)力筋張拉力為150 kN,C40 混凝土壓應(yīng)力允許值為13.4 MPa,剩余最小面積0.011 194 m2,橫梁寬度為0.2 m,剩余最小高度為0.055 97 m。

        3 拱橋維修加固施工監(jiān)測

        根據(jù)橋梁維修加固施工方案及現(xiàn)場條件,每跨墩頂、拱頂、1∕4L和3∕4L截面各布置3個垂直位移觀測點(diǎn);每跨拱頂、1∕4L和3∕4L截面各布置2個水平位移觀測點(diǎn)[9-10]。

        根據(jù)拱橋監(jiān)測結(jié)果可知,拱橋在橋面系及橫系梁拆除后實測最大橫向位移為3.5 mm,小于計算值3.6 mm;實測最大豎向位移為4.2 mm,小于計算值5.5 mm(見圖4);由此可知拱橋維修施工處于安全及可控狀態(tài)。

        圖4 拱橋維修加固施工時主拱沉降及水平位移曲線Fig.4 Main Arch Settlement and Horizontal Displacement Curve during Repair and Reinforcement Construction of Arch Bridge

        4 結(jié)論

        通過對拱橋維修加固過程中的主要工序進(jìn)行仿真分析,從理論上掌握拱橋在各主要工序情況下的受力及位移情況:再通過理論計算與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對比,分析充分評估拱橋在維修加固過程中的安全狀況。

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