套箍法加固混凝土拱橋的收縮徐變效應數(shù)值模擬分析

（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 南岸 400074）

套箍法加固混凝土拱橋的收縮徐變效應數(shù)值模擬分析

周憲滔

（重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 南岸 400074）

本文以重慶市黔江峽谷景區(qū)渡水橋主拱圈套箍加固為算例，利用大型有限元軟件MIDAS/FEA建立全橋的數(shù)值仿真模型。分別計算加固前后考慮收縮徐變與不考慮收縮徐變時的各控制截面應力值，從而得出收縮徐變對采用套箍加固法加固的拱橋的影響。包括收縮徐變對老橋的影響，套箍層收縮徐變對老拱圈的影響以及老拱圈對新澆筑套箍層應力的影響。

套箍法；收縮徐變；拱橋加固

0 引言

套箍加固法加固拱橋主拱圈技術通過沿原主拱圈環(huán)向周邊增設一層鋼筋混凝土套箍層,形成復合主拱圈。該技術利用復合主拱圈協(xié)調(diào)變形、共同承擔活載的原理,達到增大主拱圈剛度、強度,提高橋梁承載力的目的[1]。采用該方法加固拱橋已經(jīng)得到廣泛的應用。套箍法加固主拱圈，因為涉及到不同齡期混凝土的聯(lián)合作用，新老混凝土收縮徐變也必然會相互影響。本文以重慶市黔江區(qū)峽谷景區(qū)渡水橋加固改造工程為例，利用大型有限元軟件Midas/FEA建立該混凝土拱橋的三維精細化的數(shù)值模型，進而對采用混凝土套箍加固法加固拱橋過程中混凝土收縮徐變對結構的影響以及新老混凝土收縮徐變過程中相互的影響進行分析。

1 數(shù)值模擬

1.1 工程概況

黔江峽谷景區(qū)渡水橋為主跨120m的等截面懸鏈線箱板拱，矢跨比1/6，拱軸系數(shù)2.24。主拱圈加固措施為混凝土套箍加固法，拱背、拱側(cè)、拱腹厚度均20cm，加固層采用C40微膨脹自密實混凝土，新舊混凝土采用植筋方式錨固連接。主拱圈采用C40混凝土，拱上立柱與橋面空心板采用C30混凝土。

1.2 模型建立

采用有限元軟件Midas/FEA建模過程中，假定套箍層與原拱圈之間黏結良好不考慮其相對滑移。[2]其中原拱橋采用Midas/FEA中自動劃分網(wǎng)格功能，采用以六面體為主導的單元或四面體單元。套箍層混凝土采用在原拱圈截面析取的板單元模擬，使套箍層截面與原拱圈截面共截面，從而達到模擬拱圈的加固作用。建立的三維實體單元模型，以及套箍層的模型如下圖所示：

套箍加固計算模型

1.3 分析計算

原拱橋主拱圈在采用套箍方式加固后，考慮到原拱圈與套箍層混凝土齡期相差較大，通過上述對原拱圈各階段應力的比較分析可得原拱圈混凝土收縮徐變引起的應力變化已經(jīng)趨于穩(wěn)定，而此階段加固層混凝土收縮徐變剛剛開始，因而套箍層混凝土收縮徐變將會對原拱圈應力造成一定影響。為了分析套箍層新澆筑混凝土收縮徐變對原混凝土拱圈的影響，下面將分別分析考慮收縮徐變的情況下采用套箍加固后的混凝土拱橋主拱圈各階段的縱向應力變化情況。其應力測點分布如下圖所示。

縱向應力測點分布圖

初始加固階段，加固完成1年，加固完成5年的拱圈截面縱向應力計算結果如下表所示。

套箍加固后各控制截面縱向應力隨時間變化值 單位（Mpa)

截面位置測點位置 加固初期 加固1年加固5年上緣1 -6.86 -3.07 -3.75拱頂上緣2 -5.21 -8.03 -7.47下緣3 -1.70 -3.55 -3.05拱圈截縱向應力下緣4 -1.71 -3.77 -3.25上緣1 -5.24 -8.14 -7.63 1/4跨上緣2 -4.28 -6.88 -6.34下緣3 -3.45 -5.75 -5.28下緣4 -3.49 -5.76 -5.29上緣1 -2.38 -3.35 -3.12拱腳上緣2 -2.01 -3.16 -2.87下緣3 -6.89 -9.13 -8.83下緣4 -6.84 -9.03 -8.75

2 結論

（1）新澆筑混凝土收縮徐變對原拱圈應力的影響主要集中在加固后一年內(nèi)。

（2）套箍層混凝土的收縮徐變對原拱圈的應力有較大的影響。除拱頂a1測點應力減小3.1Mpa外，其余各測點縱向應力增大1.9-2.4Mpa。

（3）上述計算結果說明新澆筑套箍層混凝土收縮徐變使得原拱圈縱向應力大幅提高。由于計算中假設套箍層與原拱圈黏結良好，不發(fā)生相對滑移。而實際上原拱圈與套箍層之間會有一定的相對移動，因此計算結果與實際情況還是存在著一定的差異。即計算得到的套箍層收縮徐變對原拱圈應力的影響程度要小于上述計算結果，因此可以通過上述計算方法偏安全的考慮套箍層收縮徐變對對原拱圈應力的影響。

[1]劉思孟.鋼筋砼套箍封閉加固拱橋技術研究[D].重慶交通大學碩士學位，2004.

[2]倪玲.增大截面法加固拱橋承載力驗算方法研究[D].重慶交通大學碩士學位，2009.

U45

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1007-6344（2017）08-0016-01