超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱橋性能研究

(重慶交通大學 重慶 400074)

超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱橋性能研究

丁鵬周璐王宗山

(重慶交通大學重慶400074)

本文提出采用超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱橋的技術設想，并結合實際工程，對重慶市開州區內某大橋加固前后主拱圈截面內力進行計算，得出采用套箍加固法處治后的橋梁承載能力得到明顯提升，并且采用超高性能混凝土(UHPC)新型材料使加固效果更加明顯，橋梁承載力安全儲備增加更多的結論。

超高性能混凝土；拱橋加固；承載能力

圬工肋拱橋以其獨有的特點，在我國西部地區有著廣泛的應用。然而由于受到早年間在設計、材料、施工等方面的影響和局限性，加上不能適應目前交通量的迅猛增長，大多圬工肋拱橋已出現承載力不足的現象。倘若對此類橋梁均進行拆除重建,顯然是不可取的。因此，研究安全、經濟、合理的圬工肋拱橋加固技術具有積極的現實意義[1-2]。

一、超高性能混凝土優良性能

1994年，Lar-rard等首次提出了超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)的概念。

超高性能混凝土(UHPC)由于不含粗骨料，微觀結構密實，因此其抗壓強度高，耐久性好，幾乎不滲透；同時由于摻入高效減水劑，使其具有良好的流動性和工作性；并且鋼纖維的摻入使其具有優異的韌性和斷裂能[3]利用力學性能優越的超高性能混凝土(UHPC)材料對圬工肋拱橋進行套箍加固，存在以下兩個方面優勢：

(一)加固效率高：超高性能混凝土(UHPC)彈模比普通混凝土大1.5倍，根據內力按剛度分配原則，對于相同尺寸新增截面，可承擔更多活載，提高加固效果；超高性能混凝土(UHPC)抗壓強度比普通混凝土大4倍，抗折強度比普通混凝土大10倍，可有效保證新增截面的承載力，避免新增拱圈由于強度不足，發生破壞；

(二)耐久性好：超高性能混凝土(UHPC)材料致密，不易受到外部環境的影響，大幅度地提高橋梁的耐久性，減少后期維修養護費用，降低橋梁全壽命成本。

二、組合截面承載力計算

(一)內力計算。本文采用剛臂節點位移協調法，以平面假定理論出發，按內力疊加計算活載作用下新舊結構各自分配的內力，如圖1所示，其中腹部的加固層當作安全儲備，不承擔荷載：

圖1 套箍加固組合截面活載內力分配示意圖

根據截面內力平衡條件，可得到各部分截面內力與總內力的關系式如下：

M=M1+M2+M3+N1l1-N2l2-N3l3

N=N1+N2+N3

(1)

其中:l1、l2、l3為各部分截面到結構組合截面型心軸的距離。

三、實例分析

(一)大橋簡介及模型建立。該座圬工肋拱橋位于重慶市開州區，橋梁全長210米，上部結構采用3×55+2×10m空腹式雙肋型式，橋面寬8m，布置為0.5m(護欄)+7m(行車道)+0.5m(護欄)，橋梁下部結構為重力式U型橋臺、明挖擴大基礎。設計荷載為：汽車-20級。該橋為磚、石砌筑的大橋，且超負荷運營多年，上、下部結構以及橋面系病害較嚴重。

大橋采用Midas Civil進行建模計算分析，加固后模型為在加固前模型的基礎上，建立加固層的單元及截面，加固層的單元與原結構之間采用彈性連接中的剛性連接，有限元模型如圖2所示。

圖2 肋拱橋有限元模型

(二)結果分析。根據加固前后有限元模型分別提取主拱圈控制截面處恒載、汽車活載作用下的軸力N和彎矩M，并按荷載工況進行組合，加固前后主橋主拱圈承載力驗算，計算結果如表1所示。

表1承載力分析結果

從上表數據可知，未做任何加固前，各關鍵截面承載力富余量明顯偏低，其中主橋主拱圈左右拱腳、L/8截面承載力不滿足要求，需進行加固提高承載力；采用現澆C40鋼筋混凝土套箍層封閉加固技術加固后，主橋主拱圈各截面承載力均有所提高，能夠滿足使用要求，達到了提高承載力的目的。但是1/4截面富余量明顯不足，安全儲備不夠，同樣會影響橋梁的行車安全；采用超高性能混凝土(UHPC)套箍層封閉加固技術加固后，主橋主拱圈各截面承載力提升效果顯著，不僅消除了承載力不足的截面，同時富余量較C40混凝土也有較大的提高，為行車安全提供更多的保障。

四、結語

本文分析了采用超高性能混凝土(UHPC)加固圬工肋拱橋的優勢與益處。最后依托實際工程，針對重慶市開州區境內某座圬工肋拱橋進行加固前后承載能力對比計算分析，從結果中可以看出，采用套箍加固法處治的橋梁承載能力得到明顯提升，而且采用超高性能混凝土(UHPC)新型材料使加固效果更加明顯，橋梁安全儲備更多的結論。眾所周知，我國現存大量需要加固整治的圬工肋拱橋，本文的相關研究與結論對以后工程應用有著良好的借鑒作用。

[1]陳皞，閻路.淺談橋梁加固技術的應用[J].科技資訊，2009,25：48.

[2]陳寶春，季韜，黃卿維，吳懷中，丁慶軍，詹穎雯.超高性能混凝土研究綜述[J].建筑科學與工程學報，2014,31(3)：1-24.

[3]馮乃謙.高性能混凝土與超高性能混凝土的發展和應用[J].施工技術，2009,38(4)：1-6.

丁鵬(1992—)，男，重慶巴南區人，在讀研究生，主要從事橋梁監測、評估與加固的工作。