雙曲拱橋維修加固處理研究

肖玨

摘 要：雙曲拱橋自上世紀60年代誕生以來，就一直在我國交通運輸及國民經濟建設中擔任重要角色。很多已經年久失修，文章結合永州市道縣岑江渡雙曲拱橋加固改造工程實例，在廣泛查閱雙曲拱橋相關文獻的基礎上，介紹了對主拱圈箱形拱改造同時拱背加厚綜合加固法的方案，運用MIDAS軟件對加固前后橋梁的強度進行了驗算。

關鍵詞：雙曲拱橋；加固改造設計；MIDAS

中圖分類號：U448.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）11-0153-02

1 工程概況

岑江渡雙曲拱橋地處永州市道縣，是G207上的一座重要橋梁，該橋始建于1969年，老橋設計荷載等級不詳，設計、施工、竣工資料缺失，未對基礎地質條件進行探明，地質情況不明。通過對其進行現場測量和數據恢復，橋梁上部結構為3—凈35 m雙曲拱橋，拱上建筑采用拱式腹拱結構，拱軸線采用懸鏈線，拱肋為鋼筋混凝土拱肋，拱軸系數m=2.24，凈矢高5.833 m，矢跨比1/6，拱圈為等截面。該梁下部結構采用重力式橋墩臺擴大基礎。橋面寬為8.28 m（7.08 m行車道+2×0.6 m防撞欄桿），橋梁總長127.0 m。由于該橋使用時間長、設計標準低、加上長期的超載車輛通行，導致該橋部分結構損壞。經檢測，該橋已成為4類危橋，如圖1和圖2所示，急需對其進行維修加固處理，以消除安全隱患，改善交通條件。

2 維修加固建議

岑江渡雙曲拱橋在運營了幾十年后主體結構存在不同程度的損傷和病害，難以確保設計荷載下使用期安全和具有足夠的使用壽命，特別是在超載普遍存在的情況下，加固和改造是必須的。建議對該橋進行如下加固處理。

①對結構表面裂縫進行灌漿封縫處理，防止內部鋼筋腐蝕、混凝土碳化；②更換拱上砂礫填料，設置防水層；將拱上側墻松動、移位部分更換；更換橋面系和橋面排水設施；③對臺后部分填土進行換填，同時將3#臺右側耳墻鼓脹部位拆除重建，對砌體勾縫缺失部位進行補勾縫；④雙曲拱肋拱截面轉換為箱形拱截面，同時加厚拱背和增大拱腳截面。

3 主拱圈加固設計方案

①在主拱圈拱肋底面之間增加15 cm厚C40現澆鋼筋硂板，將雙曲拱肋拱截面轉換為箱形拱截面。②在靠近每個拱腳的主拱圈背部（二個腹拱段）先將拱波間凹部澆平，再在拱背上增加10～20 cm厚C40現澆鋼筋混凝土拱板，采用植筋方法使新增鋼筋混凝土與原拱圈連接，增大拱腳截面，使拱腳處承受負彎矩的能力得到加強。如圖3所示：

4、維修加固前結構內力計算與驗算

4.1 內力組合計算

考慮到建模時將主拱圈截面組合為一個整體以及材料老化等原因，混凝土折減按C25砼相關參數進行計算和驗算。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、橋面系荷載）+1.4（移動荷載）組合為承載能力極限狀態。如圖4所示：

4.2 加固前承載能力驗算

僅列出第一跨主拱圈，見表1：

通過計算第一跨主拱圈1/4 L拱腳截面附近和第三跨主拱圈3/4 L拱腳截面附近不滿足0.6 s要求。0#臺拱腳、第一跨3/4 L附近處、1#墩拱腳、第二跨3/4 L附近處、2#墩拱腳、第三跨3/4 L附近處以及3#臺拱腳不滿足抗壓要求，既主拱圈截面強度不滿足公路—II荷載等級要求，需要對主拱圈進行加固。

4.3 剛度驗算

岑江渡雙曲拱橋在一個橋跨范圍內的正負撓度的絕對值之和的最大值為35.963 mm，按公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004），大于規范規定的計算跨徑的1/1 000（35.000 mm）。所以，岑江渡雙曲拱橋剛度已經不滿足要求。如圖5所示：

5 箱形拱改造法加固后結構內力計算與驗算

5.1 箱形拱改造法加固后MIDAS建模

①單元的劃分：全橋主拱圈為等截面箱形截面，每個構件的單元劃分與維修加固前單元劃分一樣，全橋共劃分為431個單元。②荷載、構件連接以及邊界條件：與維修加固前相關設置一樣。如圖6所示：

5.2 箱形拱改造法加固后內力分析

箱形拱改造法加固后承載能力驗算：（僅列出第一跨主拱圈），見表2：

通過驗算第一跨主拱圈1/4L拱腳到跨中截面、第二跨跨中、2#以及第三跨跨中到主拱圈3/4L截面附近不滿足0.6 s要求。0#臺拱腳附近以及3#臺拱腳附近不滿足正截面強度計算，既主拱圈截面強度不滿足公路—II荷載等級要求，仍需對加固方法進行改進。

6 綜合法加固后結構內力計算與驗算

6.1 建模及說明

全橋主拱圈、立柱、橋墩及腹拱圈采用梁單元建模，全橋共劃分為431個單元。每個構件的單元劃分與維修加固前單元劃分一樣。荷載和構件連接與邊界條件等也與維修加固前單元劃分一樣，如圖7所示：

6.2 內力計算與驗算

①內力計算。計算中將新增混凝土C40砼按C30砼相關參數進行計算和驗算，不考慮主拱圈新增混凝土與老混凝土收縮徐變的不統一。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、橋面系荷載）+1.4（移動荷載）組合為承載能力極限狀態，如圖8所示：

②加固后承載能力驗算。通過計算主拱圈截面偏心距滿足0.6 s要求，主拱圈也滿足抗壓要求。通過加固后主拱圈截面強度滿足公路—II級荷載等級要求，并具有一定的安全儲備。承載能力極限狀態（1.2恒荷載+1.4移動荷載）下驗算結果見表3（僅列出第一跨）。

從加固后的分析驗算看出，結構的正截面強度、應力、和剛度均滿足規范要求，并具有一定的安全儲備。從穩定分析模型的計算結果可以看出，拱肋的穩定性安全系數遠遠大于規范規定的4～5，故本結構在正常使用荷載作用下不會存在結構失穩的問題。再通過加固前后對比分析發現，綜合加固法加固后的撓度最小，見表3：

7 結 語

通過計算分析，設計了合理的維修加固方案，既運用箱形拱改造同時拱背加厚綜合加固法對岑江渡雙曲拱橋進行了維修加固，通過對岑江渡雙曲拱橋的維修加固研究總結出結論：

①同僅采用箱形拱改造法相比，綜合加固法（箱形拱改造同時拱背補強綜合法）通過在主拱圈拱腳區段的拱背上澆筑混凝土，使跨中撓度明顯減少，從而滿足剛度要求。

②對像岑江渡雙曲拱橋同類型橋，選擇合理的加固方案至關重要，僅采用箱形該改造法，主拱圈截面附近無法滿足偏心距小于0.6 s要求，同時拱腳處也不滿足抗壓要求，而宜采用箱形拱改造同時拱背補強綜合法。

參考文獻：

[1] 湛潤水，周錦中.雙曲拱橋加固改造成套技術[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 姚玲森.橋梁工程（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 胡東.雙曲拱橋加固技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2008，（15）.