雙曲拱橋加固設(shè)計(jì)與力學(xué)性能改善探討

陳通江

（貴州省黔東南州交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，貴州 黔東南州 556000）

1 工程概況

某雙曲拱橋建于1972年，運(yùn)營(yíng)時(shí)間達(dá)38年，設(shè)計(jì)荷載為汽-13、拖-60。全橋總長(zhǎng)155.5m，跨徑組合3×30mm，橋面凈寬7.0m+2×1.3m（人行道），主拱圈為6肋5波左右各懸半波。橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖1。

圖1 橋跨布置圖

2 橋梁病害狀況

2.1 各拱肋主要病害為蜂窩麻面，縱向裂縫，混凝土剝落、露筋、銹蝕等。

2.2 各跨拱波均有6～7條縱向裂縫，有滲水和白色晶體析出，最大裂縫寬度1.2mm，裂縫超長(zhǎng)超寬。

3 加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

將主拱圈以“化整為零”的方法按先后順序進(jìn)行施工，再以“集零為整”的方式組合成承重的整體結(jié)構(gòu)。根據(jù)檢測(cè)資料，對(duì)舊橋進(jìn)行加固：

3.1 拱背：在拱背增加鋼筋砼12cm厚。

3.2 主拱圈：在拱肋兩側(cè)面及底面均加厚20cm砼；在兩橋臺(tái)前4米范圍內(nèi)現(xiàn)澆拱肋底板20cm厚。

4 加固設(shè)計(jì)驗(yàn)算及有限元模型分析

4.1 適用規(guī)范及驗(yàn)算荷載：

適用規(guī)范及荷載：采用《橋通規(guī)D60》、《圬橋規(guī)D61》，公路Ⅱ級(jí)。

圖2 有限元計(jì)算模型

恒載+公路Ⅱ級(jí)Mmax+溫升、

恒載+公路Ⅱ級(jí)Mmin+溫升、

恒載+公路Ⅱ級(jí)Mmax+溫降、

恒載+公路Ⅱ級(jí)Mmin+溫降。

4.2 有限元分析及模型建立

4.2.1 模型建立及荷載模擬

本文以橋梁主跨為例，采用Midas/civil建立平面梁?jiǎn)卧Ｐ停?jì)算模型如圖2所示。

4.2.2 截面特性及荷載定義

截面高度h=1.0m，截面型心y上=0.75m、y下=0.25m；w上=0.0936m3、w下=0.2808m3。二期恒載：人行道、橋面鋪裝合計(jì)75KN/m計(jì)算。

4.2.3 模型計(jì)算結(jié)果

①承載力驗(yàn)算：計(jì)算各控制截面在恒載、活載及溫度荷載作用下的內(nèi)力結(jié)果。按四種荷載組合取最不利組合，組合結(jié)果如下表1。

表1 最不利荷載組合結(jié)果

該橋主拱圈加固前富余量不足截面，在加固后得到顯著提高，各控制截面在最不利荷載組合下有較大的富余量，加固后可滿足公路Ⅱ級(jí)要求。

②基礎(chǔ)應(yīng)力驗(yàn)算：

經(jīng)計(jì)算，加固后最不利工況下的應(yīng)力最大增量為0.23MPa。因原橋地勘數(shù)據(jù)缺失，無法計(jì)算加固后地基應(yīng)力值。從現(xiàn)場(chǎng)勘查并查找相關(guān)規(guī)范，該橋地基巖石容許承載力大于4.0MPa，遠(yuǎn)大于加固后應(yīng)力增量。

5 結(jié)論

本文針對(duì)雙曲拱橋主要特點(diǎn)，通過增大主拱圈截面，將拱肋與拱波連成整體，共同完成了跨越與承載的功能，以克服雙曲拱橋“結(jié)構(gòu)組成劃分過細(xì)，整體性能差，容易出現(xiàn)裂縫”的弊病，有效地提高主拱圈的整體性；為抵抗拱腳較大的負(fù)彎距，增大了拱腳處拱背混凝土厚度，明顯改善了拱腳受力，從而改善主拱圈受力性能；采用換填輕質(zhì)填料的方法，減輕原橋上部構(gòu)造的恒載，改善原橋受力狀況，提高承受活載的能力。

總之，在采用現(xiàn)行規(guī)范要求下，該橋加固成果滿足荷載等級(jí)公路Ⅱ級(jí)的承載能力要求，明顯提高雙曲拱橋的整體性，加固效果顯著。說明該加固設(shè)計(jì)方案是可行的，對(duì)目前我國(guó)病危雙曲拱橋的加固分析和設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

[1]周建庭,張勁泉,劉思蒙.大中型橋梁加固新技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]諶潤(rùn)水,周錦中.雙曲拱橋加固改造成套技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2009.