上承式鋼筋混凝土箱形拱橋加固技術研究

譚 竣

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550009)

?

上承式鋼筋混凝土箱形拱橋加固技術研究

譚 竣

(貴州高速公路集團有限公司，貴州 貴陽 550009)

結合某大跨徑鋼筋混凝土箱形的加固實踐，提出了拱圈空腹段拱背增大截面，實腹段拱底粘貼鋼板帶的綜合加固處治措施，并通過加固前后結構承載能力的對比分析，驗證了加固方法的合理性，為類似橋梁維修處治提供參考。

箱形拱橋，承載能力，加固技術，增大截面，粘貼鋼板

上承式鋼筋混凝土箱形拱橋具有造價經濟、造型宏偉壯觀、跨越能力大、橋型構造簡單等優點，在我國公路橋梁工程中得到了廣泛的應用。然而隨著我國公路交通運輸業的迅猛發展，交通量和大噸位車輛不斷增加，許多箱形拱橋的原設計承載能力已遠遠不能滿足現代化交通的需要，各種病害已相繼出現。因此，如何通過有效的加固措施，提高箱形拱橋的承載能力，更好地滿足公路運輸的要求，是廣大路橋工作者共同關心的課題。本文以某大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋的加固實踐為依托，介紹了該橋采用的加固設計技術，可為同類型橋梁的加固提供參考。

1 工程概況

位于國道G546上的某座大橋，結構形式為1×80 m鋼筋混凝土拱橋，主拱圈寬9.5 m，高1.75 m，矢高為10 m，矢跨比1/8；拱上共8個立柱；橋面總寬9.5 m，行車道寬度為8.5 m；汽車荷載等級為：汽車—20，掛車—100；大橋已經通車運行15年。橋跨布置如圖1所示。

2 承載能力現狀

為了推定大橋的剩余承載能力，對其開展了靜力荷載試驗，通過測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下的變形和內力，比較橋梁結構的實際工作狀態能否滿足汽車—20級正常使用要求。測定項目及內容為主拱圈控制截面應變和對應的橋面撓度。

2.1 荷載試驗工況

根據橋型結構特點，選取拱腳(J1)，1/4跨(J2)和跨中截面(J3)作為測試截面。荷載試驗共分為以下3個工況：1)J1截面的最大負彎矩效應；2)J2截面的最大正彎矩效應；3)J3截面的最大正彎矩效應。

2.2 橋面撓度測試結果

該橋在各加載工況下，均存在部分測點的撓度校驗系數不滿足JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程中小于1的要求。由于篇幅限制，僅列出工況3二級加載縱向撓度曲線，如圖2所示。

2.3 應變測試結果

根據實測結果，本橋主拱圈測試截面在試驗荷載作用下，實測應變大于相應的理論值，表明結構強度不滿足汽車—20級承載要求；同時卸載后相對殘余應變超過20%，表明測試斷面在試驗過程中處于非彈性工作狀態。工況3二級加載應變橫向分布曲線如圖3所示。

2.4 承載能力評定

從靜載試驗數據分析結果可見，大橋的撓度和應變校驗系數大于1，表明橋跨結構豎向剛度和強度不滿足汽車—20級的使用要求，需要進行加固處治，以恢復結構的承載能力。

3 維修加固設計

考慮到箱形拱肋底板厚度只有15 cm，而且大橋跨越河流，橋下地質松軟，不便搭設施工支架等因素，采取了在拱圈空腹段拱背增大截面，實腹段拱底粘貼鋼板帶的綜合加固處治措施，具體設計情況如下：

1)主拱圈上表面經清洗、鑿毛后，植入直徑為16 mm的鋼筋，掛鋼筋網，立模，澆筑20 cm厚混凝土，形成新拱圈。新拱圈通過植筋與原拱圈連接成整體。新澆筑混凝土采用自密實混凝土，摻入適量微膨脹劑，減小混凝土收縮量。

2)主拱圈實腹段底面粘貼15根長度為24 m，寬度為30 cm，厚度為10 mm的縱向鋼板帶。

主拱圈加固構造如圖4所示。

4 加固效果分析

為了分析主拱圈的加固效果，利用Midas Civil，按平面桿系理論對大橋的受力進行了有限元分析，并根據橋梁的施工過程和施工方案劃分施工階段，建立的結構離散模型如圖5所示。

加固前后拱腳承載力對比如表1所示(僅示出之前未通過驗算的拱腳截面抗力對應內力結果)。

表1 加固前后承載能力對比表

截面位置內力類型軸力NkN剪力VkN彎矩MkN·mγ0NdekN·m軸力抗力N0kN·m彎矩抗力kN·m拱腳MminFmax加固前-41481-1515-31365542635442827953加固后-47589-2497-365449627010160050223加固前-32566-1028-24531-633185474128154加固后-37378-2007-31095795769054442529

根據加固前后承載力對比結果，加固后承載能力都得到提高，滿足設計荷載要求，加固效果明顯。

5 結語

本文以某上承式大跨鋼筋混凝土箱形拱橋為工程背景，通過靜力荷載試驗對其承載能力現狀進行評定，介紹并論證了加固處治設計方案。得到的主要結論有：1)對上承式鋼筋混凝土箱形拱橋，通過增加拱圈截面的加固方式可以有效的提高結構承載能力；2)增加拱圈截面可以采用多種方式，應根據結構構造和現場施工條件，采取合理的加固方式；3)采用在拱圈空腹段拱背增大截面，實腹段拱底粘貼鋼板帶的綜合加固處治措施，可以降低拱圈底板的承載負擔，省去了施工支架，從而加快了施工進度，降低了加固工程費用。

[1] 余善榮.大跨徑鋼筋混凝土箱形拱橋加固提載設計與施工[J].公路交通科技，2009(8):37-38.

[2] 邵國維.鋼筋混凝土箱形拱結構加固性能模型試驗與設計方法研究[D].長沙：中南大學，2011.

[3] 張麒蟄.鋼筋混凝土箱形拱橋病害分析與加固技術探討[J].水利與建筑工程學報，2009(9):94-96.

[4] 李金明.鋼筋混凝土箱型拱橋加固方法探討[J].交通科技，2009(11):21-23.

[5] 王海鵬.基于荷載試驗的上承式混凝土箱形拱橋承載能力評定研究[J].施工技術，2015(9):33-36.

Study on reinforcement technologies of deck-type steel reinforced concrete box-style arch bridge

Tan Jun

(GuizhouHighwayGroupCo.,Ltd,Guiyang550009,China)

Combining with the large-span steel reinforced concrete box-style reinforcement practice, the paper puts forward comprehensive reinforcement measures by combining enlarging arch section of hollow arch ring and bottom arch bonding steel plate. Through comparatively analyzing structural bearing capacities before and after reinforcement, it testifies the rationality of the reinforced method, which has provided some guidance for similar bridge maintenance and processing.

box-style arch bridge, bearing capacity, reinforcement technology, enlarging section, bonding steel plate

1009-6825(2016)31-0179-02

2016-08-25

譚 竣(1973- )，男，高級工程師

U445.72

A