博羅東江大橋主橋拱腳裂縫成因分析

(廣東和立土木工程有限公司 511430)

0 概述

博羅東江大橋位于廣東省博羅縣石灣鎮南端，橫跨東江水道，連接石灣鎮和東莞石排鎮，溝通廣汕公路與東惠公路的聯系，是該區域重要的交通樞紐。橋梁全長1346米，其中主航道220米，輔航道220米，引橋906米。主航道和輔航道均采用60+100+60m系桿拱結構，凈矢跨比為1/6（如圖0-1），東江江面引橋采用30米跨預應力鋼筋砼簡支T梁，在河灘或河面較窄處采用16米跨普通鋼筋砼簡支T梁，跨徑組合為 8×16+30+（60+100+60）+10×30+（60+100+60）+3×30+3×16+9+16+9+17×16m。引橋下部結構采用樁柱式橋墩，主橋過渡墩采用薄壁實心橋墩，主墩采用大懸臂空心墩。

該橋自1999年10月份建成通車以來，不斷遭受風雨侵蝕和車輛通行的作用，特別是近年來交通量和重車的陡然增加，使得橋梁的病害有所發展，特別是主橋系桿拱的拱腳處出現了裂縫。

圖0-1 主橋（60+100+60）m系桿拱橋橋型布置圖

1 病害描述及成因分析

1.1 病害描述

博羅東江大橋第10～12跨、第23～25跨均采用60+100+60m系桿拱，根據檢測報告，縱橋向系桿箱梁整體狀況良好，無明顯開裂、破損等病害；縱橫梁及橋面板狀況良好，只是部分翼板位置局部出現砼破損、露筋現象；拱肋局部存在開裂的現象，多數裂縫集中在拱腳及拱座區域，并沿拱肋軸向開裂，裂縫最寬為0.2mm,長度介于1～5.5m。如圖1-1所示。

圖1-1 拱腳裂縫示意圖

1.2 整體結構受力驗算

為了解結構現狀的力學狀態，找到病害產生的根本原因，需要在充分評估橋梁目前運營狀態的基礎上，通過調整截面剛度、混凝土實際強度、實際運營荷載等相關參數后對結構進行基于現狀的承載能力分析，驗算按原設計規范（《公路橋涵設計通用規范》（JTJ 021-89）及《公路鋼筋混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85））進行。

1.2.1 計算荷載

（1）汽車荷載：汽車-20級，掛車-100。

（2）二期恒載：原設計圖紙欄桿及其附屬設施、橋面鋪裝。橋面鋪裝為8cm厚水泥混凝土。

（3）溫度效應：整體升降溫按20℃考慮；原荷載工況下非線性溫差按箱梁頂板5℃考慮，并考慮70%折減。

（4）不均沉降：10mm。

1.2.2 拱肋計算結果

按照《公路鋼筋混凝土橋涵設計規范》（JTJ023-85）規范進行荷載組合，拱肋的計算結果如下：

圖1-2 承載能力狀態下拱肋彎矩圖

圖1-3 承載能力狀態下拱肋軸力圖

經計算分析可知，其中L/8處截面負彎矩遠大于正彎矩，且拱肋截面頂板配筋較底板弱；L/4處截面正彎矩最大，因此這兩處截面由負彎矩控制承載力驗算。

表 1-1 拱肋主要截面承載力驗算表

由上表可以看拱肋截面基本都滿足承載力驗算要求，但安全儲備較小，其中L/4處富余度僅有1%，拱腳處截面承載能力富裕值為2%。

2.3 拱腳局部受力分析

根據圣維南原理，建立拱腳處的實體模型進行局部分析，施加的荷載從整體計算模型中提取，有限元模型如圖1-4：

圖1-4 拱腳局部模型

圖1-5 拱腳應力云圖

計算結果顯示：拱腳在軸力、彎矩等共同作用下，均處在受壓狀態，最小壓應力為0.55Mpa，出現在拱腳上緣區域；最大壓應力為14.5Mpa，出現在拱腳下緣區域，如圖1-5所示。從分析結果可以看出，拱腳的受力滿足原設計規范要求。

2.4 成因分析

綜合上述計算結果，拱腳處的受力滿足原設計規范要求，裂縫產生的潛在因素為：（1）拱腳處混凝土體積較大，屬于大體積混凝土，水化熱問題較為突出，若施工期間養護不當，容易產生裂縫；（2）拱腳節點處構造復雜，易出現應力集中而導致開裂；（3）原結構拱腳處安全儲備較小，適應車輛超載能力不足，在汽車交變荷載作用下而產生裂縫。

2 結語

（1）通過有限元分析可以看出，拱腳處的受力滿足原設計規范要求，但拱腳處承載力安全儲備較小，適應車輛超載能力不足，因此建議采取限載措施確保結構安全；

（2）鑒于拱肋為橋梁的主要受力構建，建議建設單位加強監測，適時開展加固工作，確保結構安全。

[1]梁圣全，楊志軍，枝城長江公鐵兩用大橋病害分析及維修加固方案[J].交通科技，2014（5）

[2]閆廣鵬，大跨徑鋼管混凝土拱橋拱腳應力分析[J]，交通科技，2017（3）