早期雙曲拱橋現狀結構受力性能分析

查文斗

(合肥市規劃設計研究院，安徽 合肥 230041)

0 引 言

雙曲拱橋將主拱圈以“化整為零”的方法按先后順序進行施工，再以“集零為整”的方式組合成整體，充分發揮了預制裝配的優點，無須拱架施工，工料耗費較少，施工難度降低，施工進度較快。限于當時設計水平和荷載標準偏低，拱肋等主要承重構件配筋偏少，雙曲拱橋存在橫向聯系能力較弱及截面整體性差等先天不足，隨著交通量和荷載等級的不斷提高，大部分雙曲拱橋出現了不同程度和不同類型的病害，特別是早期建設的雙曲拱橋，需要維修加固或拆除改建。

如果將仍能發揮作用的雙曲拱橋拆除重建，不僅需要投入大量的建設資金，還會對交通正常運營帶來比較嚴重的影響，破壞城市景觀，造成不良的社會影響。現存雙曲拱橋是采用限載限行、維修加固還是拆除重建方案，需要仔細研究、慎重決策，而橋梁承載能力評定結果是決定采用何種方案的基礎依據。

1 老橋原結構概況

安徽省合肥市廬陽區阜陽路橋位于阜陽路跨越南淝河處，北接沿河路，南接環城北路，由中間一幅老橋與兩側新橋組成。中間老橋建成于1976年12月，兩側新橋為2007年進行的拓寬改造。老橋橋齡已超過45年，是合肥最早的雙曲拱橋。

1.1 總體

阜陽路橋(老橋)采用主跨為凈跨50 m雙曲拱、邊跨為凈跨17.6 m肋拱的三跨高低拱結構拱橋。橋梁總長89.6 m，橋面全寬20.45 m，橋面布置為：0.225 m(護欄)+2.5 m(人行道)+15 m(行車道)+2.5 m(人行道)+0.225 m(護欄)，雙向四車道。橋梁原設計荷載為汽車—15級、掛車—80級。

1.2 上部結構

阜陽路橋(老橋)共三跨，主跨為凈跨50 m的雙曲拱，矢跨比為1/8、矢高6.25 m，拱肋制作安裝時考慮15 cm的預拱度；邊跨為凈跨17.6 m的肋拱，矢跨比為1/10。

主跨主拱圈由拱肋、預制拱波和現澆拱波組成，主拱圈為7肋6波，肋距2.8 m，主拱圈截面高度為1.0 m。主拱圈拱肋橫向分為邊肋和中肋，采用倒T形斷面，其中邊肋截面高70 cm，中肋截面高60 cm，拱肋采用m=1.756的懸鏈線拱曲線。為增強拱肋穩定性和整體受力，拱肋之間設置框架式橫梁。邊跨為7肋低拱，肋距2.8 m，采用工字形斷面，邊肋與中肋均高70 cm，邊跨采用圓弧拱曲線，邊跨拱肋之間通過實體橫梁進行連接。

拱上建筑均為跨徑4 m(柱中距)的連續梁加立柱構成，立柱通過底座橫墻支承于主拱圈上，橋面系為矢跨比1/12.5的6 cm厚預制微彎板加9 cm厚現澆混凝土。人行道寬2.725 m，采用預制裝配式結構。

1.3 下部結構

由于受施工力量和工期限制，橋墩采用了順橋向寬2.5 m、橫橋向長20 m、高3.5 m的輕型整體盒子式毛石混凝土擴大淺基礎。為保持基礎前后平衡，將基礎最前緣做成空盒子(留空不覆土)，后緣盒子填滿土；為調整北岸基礎東、西基底壓應力，保證地基均勻沉降，將北岸基礎西半基底加寬2 m、東半基底減窄0.8 m。橋臺為順橋向寬4 m、橫橋向長25 m、高12.5 m 的護壁式輕型橋臺，與橋墩基礎緊貼(貼縫隔以2層油氈)，形成墩臺既相互分離又成一個整體，豎向力各自獨立承擔，水平力可以傳遞。為防止橋臺在邊拱推力作用下向后產生較大位移，在橋臺背墻頂部砌筑5道縱向抗滑墻以撐住臺頂。

2 2007年加固改造設計要點

阜陽路橋(老橋)在2007 年進行了拓寬改造，取消了兩側人行道，橋面布置調整為：0.5 m(護欄)+17.4 m(行車道)+0.5 m(護欄)，橋面全寬18.4 m。加固改造后，阜陽路橋(老橋)橋面拓寬為雙向六車道。主要改造內容如下。

2.1 主拱圈、邊拱

采用增大截面尺寸的方法對主拱圈、主拱肋進行補強，在主拱圈的拱肋下緣外包鋼筋網并現澆10 cm 厚C40混凝土以加大拱圈截面。

邊拱的拱肋下緣外包鋼筋網并現澆15 cm厚C40混凝土，在橋墩6 m范圍內邊拱的拱肋上緣現澆10 cm厚C40混凝土，以增大邊拱截面。

2.2 拱波及橫向聯系

為加強拱肋間的橫向作用，提高拱肋的整體受力效果，對于中跨雙曲拱橋，在空腹段拱波頂部現澆10 cm厚C40混凝土，同時拱波下橫隔板由原鏤空式改造為實體式板，以加強拱肋間的橫向整體性，使主拱圈全寬度共同受力。對于邊跨肋式拱，通過增大拱肋間橫梁的尺寸，以加強拱肋間的橫向整體性。

2.3 拱上立柱及邊跨縱梁

采用粘貼碳纖維布的方式對立柱及縱梁進行補強加固。

2.4 縱梁及微彎板

對裂縫進行封閉處理。

2.5 人行道板

原人行道全部鑿除，植筋現澆C40混凝土挑臂，增設混凝土護欄，對橋面行車道進行重新布置。

2.6 其他

橋面鋪裝重新鋪裝，增設35 cm厚橋頭搭板。

3 結構檢算

3.1 檢算的基本原則

本次承載能力檢算時除了滿足現行《城市橋梁檢測與評定技術規范》等相關標準的要求外，還應符合以下要求：檢算時宜采用現場實測原構件結構尺寸、線形及材料強度作為計算參數；檢算時應考慮拱上建筑聯合作用；檢算的荷載、材料指標等應分別根據實際情況按照新、老規范采用。

3.2 主要構件尺寸和材料指標

主要構件尺寸按照2007年加固改造的設計(竣工)圖紙確定，并結合現場實測校核；主要構件的混凝土均采用C30，帶肋鋼筋采用HRB335，光圓鋼筋采用R235，技術指標根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62—2004)取值。

3.3 結構約束條件

拱腳約束均采用鉸接；拱肋與拱波、橫梁、排架立柱之間，排架縱梁、橫系梁和橋面板之間通過鋼筋搭接、澆筑混凝土濕接縫進行連接，均為剛性約束。

3.4 檢算結果

上部結構的各個構件采用同豪橋梁博士V4.2建立三維空間模型進行檢算。三維空間模型如圖1所示。

圖1 上部結構三維空間模型示意圖

3.4.1 主拱

中跨主拱的強度、剛度和裂縫寬度均滿足規范要求，如圖2所示；邊跨主拱的正截面承載力、剛度和裂縫寬度滿足規范要求，如圖3所示，但拱腳附近的斜截面抗剪承載力不滿足規范要求。

圖2 中跨主拱最大彎矩及其對應的抗力圖

圖3 邊跨主拱最大彎矩及其對應的抗力圖

3.4.2 立柱

所有立柱的正截面承載力均不滿足規范要求，且中跨拱腳處的邊立柱(長柱)的柱底裂縫寬度不滿足規范要求。

3.4.3 橫梁

所有橫梁的正截面承載力、剛度均滿足規范要求，但拱腳附近的橫梁斜截面抗剪承載力和裂縫寬度不滿足規范要求。

3.4.4 縱梁

邊縱梁和中縱梁的強度、剛度、和裂縫寬度均不滿足規范要求。

3.4.5 墩臺地基承載力

墩臺地基承載力均滿足規范要求。橋墩的抗滑動穩定性驗算不能滿足規范要求，但橋墩基礎直接與橋臺緊貼、受到橋臺縱向約束，可以認為橋墩的抗滑動穩定性滿足要求。

4 結束語

阜陽路橋(老橋)建成至今已超過45年，對于雙曲拱橋來說橋齡已經較長，無論是結構材料還是結構本身都可能存在一定程度的劣化，基本已達到原定設計基準期。若橋梁使用年限超過設計基準期，結構失效概率可能會增加。另外，本橋結構原設計時就明確提出本橋是以客車、行人和一般貨運為主，重車不得從該橋通過，因此該橋荷載標準當年定為汽車—15 級，受限于當年的施工和經濟條件，材料指標、構件尺寸和鋼筋配置均進行了比較充分的優化，而且又在2007年進行了加固改造，再加固難度將加大，為保證橋梁運營安全，建議有條件時對該橋擇機進行改建。