某雙曲拱橋加固改造研究和試驗(yàn)分析
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁
遠(yuǎn)在六十年代，我國建造了近萬座雙曲拱橋，它是我國最具民族特色的一種橋型。在當(dāng)時(shí)的歷史條件下，起過一定的作用。雖然結(jié)構(gòu)新穎、輕巧、省料，但是整體性能差，配筋少，荷載等級(jí)低，以及施工等方面的原因，該橋型在使用一定時(shí)期后出現(xiàn)了不同程度的病害，同時(shí)，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，原有的雙曲拱橋已不能適應(yīng)當(dāng)前大交通的使用要求。
由于需要，仍有少量這類橋梁需加固改造后利用。本文就是對(duì)其加固改造的一例。
2 橋梁勘測(cè)
某雙曲拱橋建于70年代初，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽－10級(jí)，屬于鄉(xiāng)級(jí)道路，當(dāng)?shù)毓芾聿块T擬將該橋保留利用，并希望把荷載等級(jí)提高至汽－15級(jí)。由于年久失修，無任何技術(shù)資料可供查閱，為了綜合了解拱橋目前的使用狀態(tài)，恢復(fù)橋梁的技術(shù)檔案，為加固改造設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)舊橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場勘測(cè)。
利用全站儀對(duì)拱軸線、主拱跨徑及矢高進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)量，并對(duì)拱肋、立柱、微彎板、橋面系等構(gòu)件的幾何尺寸進(jìn)行詳測(cè)，基本采集了橋梁的幾何構(gòu)造數(shù)據(jù)；利用超聲回彈綜合法對(duì)雙曲拱橋主拱圈及拱上立柱混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)；鑿除主拱肋上局部混凝土保護(hù)層，對(duì)主拱肋的配筋情況進(jìn)行調(diào)查。實(shí)測(cè)情況表明，該橋結(jié)構(gòu)形式為三跨等截面懸鏈線無鉸拱，橋梁全長為147.26m，橋面縱坡為1.40％，每孔主拱圈凈跨徑為40.28m，凈矢高為5.85m，矢跨比為1/7，橋面凈寬4.75m，無人行道，兩側(cè)設(shè)置40cm寬的輪帶和欄桿。
該橋主拱圈由3肋2波組成，除拱肋、拱板、橫墻底座、立柱為現(xiàn)澆外，其余拱波、橫系梁（板）、立柱上微彎板、腹孔拱圈均為預(yù)制，而橫墻的實(shí)體部分則為漿砌混凝土塊。
該橋橋臺(tái)為圬工漿砌片石，圬工錐形護(hù)坡；橋墩為漿砌片石實(shí)體墩。
3 橋梁病害狀況
對(duì)全橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的病害調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主拱圈拱肋有兩處露筋現(xiàn)象，位于中跨西邊拱肋跨中一處，南邊跨西拱肋拱腳一處，后者較為嚴(yán)重，裸露鋼筋均已銹蝕，其周圍混凝土剝落，初步分析露筋產(chǎn)生原因?yàn)橥庾矒粼斐梢约帮L(fēng)雨侵蝕。
拱板（拱波頂面）有露筋現(xiàn)象多處，主要集中在中跨南半拱，同樣已銹蝕嚴(yán)重。從現(xiàn)場調(diào)查來看，系人為磨損或砸擊造成。拱波底面有多處縱、橫向裂縫，個(gè)別裂縫已被修補(bǔ)，裂縫寬度為0.2～0.3mm.個(gè)別裂縫周圍有水漬及堿漬，有些裂縫已貫穿。
橋面鋪裝多處大面積破損并露筋，南邊跨跨中偏北有明顯下陷跡象。較嚴(yán)重的有兩處，破損面積為0.5m2左右，且其中一處鋼筋已全部外露，但鋼筋并未銹蝕。橋欄桿亦有多處撞斷，橋臺(tái)前墻有寬約1.5cm的橫向破裂帶，錐坡處有局部破塌落現(xiàn)象。
4 加固方案及施工要點(diǎn)
根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對(duì)原拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力計(jì)算和驗(yàn)算分析，通過研究，決定采用主拱粘貼碳纖維片及改變拱上建筑形式等加固補(bǔ)強(qiáng)方案，對(duì)原橋病害進(jìn)行全面的綜合整治加固，以達(dá)到要求的荷載等級(jí)。見圖1所示。
該橋改造工程施工順序如下：4.1 裂縫處理首先用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、松散層等雜物，并沿裂縫用尖鋼纖鑿成2～4mm深、2～4mm寬的V形槽，再次清除縫口及槽內(nèi)浮塵后；騎縫用環(huán)氧膠泥粘貼灌漿嘴；向裂縫內(nèi)壓力灌漿，最后將裂縫封閉。
4.2 主拱肋粘貼碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析，應(yīng)對(duì)主拱圈拱頂及1/4L范圍進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，故對(duì)此粘貼碳纖維片。碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是近十年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、施工簡便、不影響結(jié)構(gòu)外觀、抗腐蝕、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用。
具體采用C20型高強(qiáng)度碳纖維片，設(shè)計(jì)厚度為0.111mm，抗拉強(qiáng)度為3400MPa.在主拱圈拱頂實(shí)腹段長度范圍內(nèi)的拱肋下緣粘貼碳纖維片兩層，在主拱圈1/4L截面兩側(cè)5m長度范圍內(nèi)拱肋下緣及側(cè)面粘貼碳纖維片兩層。
4.3 斜桿及橋面系施工裂縫處理及碳纖維補(bǔ)強(qiáng)結(jié)束并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行斜桿施工，斜桿設(shè)置于拱上第二、三、四腹孔處。鑿除原有橋面鋪裝，挖除填料，在立柱蓋梁上植筋，與橋面鋼筋網(wǎng)綁扎，整體澆筑橋面混凝土，使橋面系與拱上立柱形成剛構(gòu)。這樣就使橋面板、立柱、斜桿及拱肋組成桁架結(jié)構(gòu)，形成空間整體受力體系，可有效地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和整體穩(wěn)定性。
4.4 全橋裝飾為了與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，又對(duì)全橋面表面進(jìn)行噴砂裝飾處理。
5 加固效果分析
為了檢驗(yàn)雙曲拱橋的加固效果，決定進(jìn)行荷載試驗(yàn)驗(yàn)證。考慮到橋位現(xiàn)場的具體情況，決定選取南側(cè)第一孔進(jìn)行加載。荷載試驗(yàn)分為兩個(gè)階段完成，第一階段為灌縫處理及碳纖維片粘貼完成后，第二階段為斜拉桿、橋面施工完成后。荷載試驗(yàn)主要測(cè)試關(guān)鍵截面的變形及應(yīng)力。兩次荷載試驗(yàn)采用相同的加載工況。應(yīng)力及撓度測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，加載工況布置如圖3所示。
應(yīng)變測(cè)量采用弓形應(yīng)變傳感器，分辨率為0.15με，撓度測(cè)量采用量程為0～50mm百分表，分辨率為0.01mm.由于篇幅的原因，僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)，中拱肋跨中截面在對(duì)應(yīng)工況下的應(yīng)變、撓度的理論值和實(shí)測(cè)值的比較，見相應(yīng)圖表。
5.1 主拱圈跨中撓度各加載工況以實(shí)測(cè)的最大撓度值與相應(yīng)的理論計(jì)算撓度值，見表1和撓度曲線所示。
各撓度測(cè)點(diǎn)的殘余撓度百分比很小，均遠(yuǎn)小于規(guī)定的20％。
5.2 主拱圈跨中應(yīng)變兩次靜載試驗(yàn)所測(cè)得的跨中截面中拱肋底緣應(yīng)力值均為加載后的應(yīng)變?cè)隽浚谝淮巫畲罄瓚?yīng)力（工況2）實(shí)測(cè)值為1.98MPa，理論值為1.83MPa；第二次最大拉應(yīng)力（工況2）實(shí)測(cè)值為1.19MPa，理論值為1.36MPa.前后兩次荷載試驗(yàn)和理論計(jì)算表明，通過主拱肋粘貼碳纖維片、增設(shè)斜桿和橋面系整體化改造，可以使結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載能力得到明顯提高，滿足了使用要求。
6 結(jié) 論
雙曲拱橋目前多為超期服役的舊橋，本文提供了一種雙曲拱橋加固改造技術(shù)，可供加固維修時(shí)參考。通過改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的受力體系，可以有效地提高結(jié)構(gòu)的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，滿足使用要求。
參考文獻(xiàn)
〔1〕王有志，王廣洋等。橋梁的可靠性評(píng)估與加固，北京：中國水利水電出版社，2002（9）
〔2〕楊文淵，徐 。橋梁維修與加固。北京：人民交通出版社，1997（5）
