某圬工拱橋加固分析

劉 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710075)

某圬工拱橋加固分析

劉 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西 西安 710075)

為達到橋梁的拓寬、提載要求，擬采用鋼筋混凝土套箍方式對某圬工拱橋進行加固，并通過MIDAS對圬工拱橋加固前后的內力進行分析可知，鋼筋混凝土套箍承擔了部分內力，提高了全橋的承載能力。

圬工拱橋，拓寬，鋼筋混凝土套箍，承載能力

1 工程背景

某圬工拱橋，修建于1998年，為人行觀光橋，人群荷載為3.5 kN/m2。原主橋上部結構為塊石板拱，下部結構均為重力式橋臺，明挖擴大基礎。主拱圈凈跨徑為70 m，矢高為11.667 m，拱軸線為懸連線，拱軸系數為3.841(見圖1)。

該橋原寬為3.6 m，擬對該橋進行拓寬改造，使得該橋橋面寬度增加為1.25 m+4 m+1.25 m，滿足橋梁人行和單車道通過橋梁的要求。拓寬改造前、后橋梁斷面分別見圖2，圖3。

2 加固改造思路及結構計算內容

為提高該橋的承載能力，滿足使用要求，擬對橋梁進行以下改造：

1)采用鋼筋混凝土套箍封閉主拱圈，提高塊石頭板拱圈承載能力，拱頂實腹范圍內及橫墻位置采用U形套箍(見圖4)，其余為主拱圈全部采用箱形套箍(見圖5)；2)增大橋臺基礎，提高基礎承載能力，以保證提高荷載后橋梁基礎的使用安全；3)對橫墻根部進行加固，提高橫墻與主拱圈的連接剛度，增強拱上建筑的聯合作用；4)增大腹拱截面，提高腹拱圈的承載能力，以滿足汽車通行的需要；5)增設懸挑橋面板，在懸挑橋面板上設置人行道板及護欄及鋼結構亭子。

根據以上維修加固思路，需進行以下結構分析，以保證結構的安全：1)原有結構承載能力分析，驗證原結構是否能夠滿足使用要求；2)若原有結構承載能力不滿足規范要求，根據擬定主拱圈加固形式進行承載能力分析，驗證主拱圈加固形式是否能夠滿足使用要求。

3 主拱圈結構分析

3.1 結構參數及有限元模型建立

采用MIDAS建立全橋有限元模型，如圖6所示。為了充分考慮圬工拱橋加固分階段受力的特點，采用MIDAS軟件中的聯合截面施工階段分析方法分階段激活主拱圈截面，實現對施工階段模擬，同時考慮新增拱圈收縮徐變對結構內力重分布的影響。

3.2 原橋主拱圈承載能力分析

該橋原結構主要承擔的荷載包括：主拱圈、橫墻、腹拱、橋面填料、側墻、木亭及人群荷載，需驗算由原橋承擔新增人行道板荷載、懸挑橋面板荷載、瀝青鋪裝、鋼結構亭子及單車道荷載(單車道驗算采用公路二級荷載)，主拱圈承載能力是否滿足規范要求。

根據JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范及JTG D61-2005公路圬工橋涵設計規范承載能力驗算采用荷載組合如下：

1)工況一：1.2×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+1.4×車輛荷載+0.98×人群荷載+0.7×0.98×整體升溫；2)工況二：1.2×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+1.4×車輛荷載+0.98×人群荷載+0.7×0.98×整體降溫。

采用工況一及工況二計算得到主拱圈拱腳、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱頂的內力見表1，并根據JTG D61-2005公路圬工橋涵設計規范4.0.5條進行承載能力驗算，計算結果見表1。由表1可知，在工況一及工況二作用下，主拱圈承載能力不滿足規范要求，因此為使該橋滿足使用要求，需針對拱橋進行加固。

表1 未加固主拱圈承載能力計算

3.3 加固后主拱圈承載能力分析

采用鋼筋混凝土套箍方式對主拱圈進行加固，拱頂實腹范圍內采用圖4方式進行加固，主拱圈其余部位采用圖5方式進行加固。按照工況一和工況二分別對原主拱圈和新增鋼筋混凝土套箍進行承載能力驗算，驗算結構見表2和表3。

由表2和表3中數據可知，采用鋼筋混凝土套箍加固后，原主拱圈承擔的彎矩值相對于未加固主拱圈明顯下降，根據JTG D61-2005公路圬工橋涵設計規范驗算，加固后主拱圈承載能力滿足規范要求。由表3中數據可知，新增鋼筋混凝土套箍協助原主拱結構承擔了一部分由溫度荷載及汽車荷載引起的彎矩和軸力，根據JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范驗算，鋼筋混凝土套箍承載能力滿足規范要求。

表2 加固后原主拱圈承載能力

表3 加固后鋼筋混凝土套箍承載能力

針對新增鋼筋混凝土套箍進行最大裂縫寬度計算采用以下工況：

1)工況三：1.0×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+0.7×車輛荷載+1.0×人群荷載+0.7×1.0×整體升溫；2)工況四：1.0×恒載+1.0×徐變+0.45×1.0×收縮+0.7×車輛荷載+1.0×人群荷載+0.7×1.0×整體降溫。

根據工況三、工況四計算得到鋼筋混凝土套箍拱腳、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱頂的內力見表4,根據JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范驗算，鋼筋混凝土套箍最大裂縫寬度滿足規范要求。

表4 加固后鋼筋混凝土套箍最大裂縫寬度

4 結語

通過某圬工拱橋的加固前、后的內力計算分析可知，新增鋼筋混凝土套箍加固，分擔了原主拱圈承擔的內力，提高了圬工拱橋的整體承載能力，通過鋼筋混凝土套箍加固實現了對圬工拱橋的提載要求。

[1] 周建庭.石拱橋合理加固工序及內力分析[J].公路，2005(4):33-35.

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[3] 楊文淵,徐 奔.橋梁維修與加固[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4] 王雷鵬.小店高架橋維修加固實效及養護策略分析[J].山西建筑，2012，38(11)：191-192.

An analysis for strengthening of a masonry arch bridge

LIU Xin TIAN Hao-liang

(TheFirstHighWayDesignandSurveyInstituteofCCCC,Xi’an710075,China)

For widening bridge and increasing load, a masonry arch bridge is proposed to be strengthened by a reinforced concrete hoop. According to the analysis of internal force by midas before strengthening and after strengthening, the reinforced concrete hoop share partial load from the old arch ring,and the full-bridge carrying capacity is improved.

masonry arch bridge, widening, reinforced concrete hoop, carrying capacity

1009-6825(2014)11-0198-02

2014-02-09

劉 欣(1980- )，男，工程師； 田浩亮(1982- )，男，工程師

U448.22

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