某拱橋病害分析及加固方案探討

1、    某拱橋病害分析及加固方案探討    湯尚明 陳艷瑋【摘要】某拱橋主橋為 100m+142m+100m 三連拱橋，主孔為中承式鋼管混凝土肋拱橋，邊孔為上承式鋼筋混凝土箱形肋拱橋。由于運營時間長，且超載運營嚴重，導(dǎo)致存在一定的病害和損傷。本文介紹了該橋的病害情況及加固設(shè)計，可供同類橋梁參考?！娟P(guān)鍵詞】拱橋 加固1. 工程概況某拱橋主橋為 100m+142m+100m 三連拱橋，主孔為中承式鋼管混凝土肋拱橋，邊孔為上承式鋼筋混凝土箱形肋拱橋。橋面寬34m。主孔拱肋采用懸鏈線無鉸拱，計算跨徑l=142.56m，計算矢高f=35.64m，矢跨比f/l=1/

2、4，拱軸系數(shù)m=1.3，每一拱肋為4？800鋼管混凝土桁架，上下游拱肋間距26.8m，拱肋間設(shè)一道"米"字橫撐及二道"k"字橫撐。吊桿采用？s7-109 平行鋼絲束，吊桿縱向間距為5.2m。邊孔拱肋采用懸鏈線無鉸拱，計算跨徑l=100m，計算矢高f=16m，矢跨比f/l=1/6.25，拱軸系數(shù)m=2.514，上下游拱肋間距26.8m，兩肋獨立成拱，無橫向聯(lián)系。每片拱肋均采用單箱三室截面，拱箱高度320cm，寬度為540cm，箱室內(nèi)空寬×高=120cm×250cm，拱箱頂、底板厚均為25cm，邊腹板厚20cm，中腹板厚60cm，拱箱內(nèi)設(shè)

3、19 片橫隔板，橫隔板厚度25 cm，縱向間距520cm。該橋由于運營時間長，且超載運營嚴重，導(dǎo)致該橋存在一定的病害和損傷。近年來，相繼發(fā)現(xiàn)邊跨主拱肋箱間縱向裂縫、橫梁裂縫等病害。通過全面檢測，橋梁綜合評定等級為b 類。在考慮到于部分主拱拱座已開有八字型裂縫，邊跨拱肋縱向接縫開裂等病害對結(jié)構(gòu)形成了較大的安全隱患，須對該橋進行維修加固，以保證橋梁的運營安全及運營質(zhì)量。圖1橋型簡圖2. 橋梁病害情況及原因分析2.1 邊跨上承式鋼筋混凝土箱肋拱橋1）邊跨拱肋拱腹結(jié)合縫縱向開裂，裂縫沿拱圈基本貫通。邊跨下游拱肋拱背上也存在斷續(xù)的縱向裂縫，多數(shù)拱上立柱墊梁豎向裂縫。裂縫寬度大于0.2mm。原因分析：邊跨

4、拱肋結(jié)合縫及拱上立柱墊梁裂縫說明裝配式拱箱之間橫向聯(lián)系不可靠，在立柱的傳力位置未形成全截面共體受力模式。2）振動測試表明，橋梁振幅較大，推算出的沖擊系數(shù)達0.206。橋梁過大的沖擊一方面在很大程度上降低了結(jié)構(gòu)的安全儲備，另一方面也容易導(dǎo)致拱肋結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂。原因分析：一是橫梁均放置于立柱頂部蓋梁的橡膠支座上，二是上下游拱肋橫向聯(lián)系欠缺。2.2 主跨鋼管混凝土中承式拱橋1）吊桿錨頭存在黃油偏少現(xiàn)象。原因分析：為鋼管混凝土拱的通病。2）鋼結(jié)構(gòu)表面局部區(qū)域存在銹蝕。原因分析：為養(yǎng)護不當所致。3）鋼管大部分區(qū)域有混凝土脫空聲響.原因分析：為鋼管混凝土拱的通病。2.3 橫梁1）部分橫梁梁底

5、、梁側(cè)出現(xiàn)裂縫。原因分析：由于位置離散性較大，為非結(jié)構(gòu)裂縫，為施工期澆筑及養(yǎng)護不當所致。2）個別橫梁出現(xiàn)局部破損、澆筑不密實及不平整。原因分析：為施工期澆筑及養(yǎng)護不當所致。3）橫梁端部防落限位鋼管均銹蝕嚴重。原因分析：為養(yǎng)護不當所致。2.4 下部結(jié)構(gòu)1）主拱拱座下游八字形裂縫，寬度0.83mm，深度1.45m。背面出現(xiàn)豎向裂縫3條，水平裂縫4條，最大寬度0.3mm。原因分析：拱座位置內(nèi)力復(fù)雜，八字形裂縫為受力裂縫，其形成原因應(yīng)為強外力（如5.12地震或長期超載車輛運行）導(dǎo)致拱腳產(chǎn)生過大的彎矩，外加拱座位置配筋不夠強大，最終形成混凝土表面開裂。圖2 拱座裂縫示意圖2）橋臺及橋墩多存在豎向裂縫。原

6、因分析：由于位置離散性較大，為非結(jié)構(gòu)裂縫，為施工期澆筑及養(yǎng)護不當所致。3）橋臺前墻中下部混凝土剝落明顯，大小約為0.5m×0.5m。原因分析：為施工期澆筑及養(yǎng)護不當所致。3. 加固方案綜合考慮該橋的病害情況與加固經(jīng)濟效益，加固方案如下：3.1 邊跨上承式鋼筋混凝土箱肋拱橋1）對所有裂縫予以封閉，防止內(nèi)部鋼筋銹蝕。2）在每片立柱兩側(cè)位置，采用"體外預(yù)應(yīng)力"對拱肋進行加固，增強裝配式拱箱之間的橫向聯(lián)系。圖3 "體外預(yù)應(yīng)力"加固拱肋3）在立柱橫梁間增設(shè)h型鋼縱梁，形成縱橫格子體系，增加結(jié)構(gòu)整體性。圖4 立柱（吊桿）橫梁間增加h型鋼縱梁4）在各邊跨拱肋

7、之間增加設(shè)輕型鋼桁架橫撐，增加結(jié)構(gòu)整體性。圖5 拱肋之間增加設(shè)輕型鋼桁架橫撐5）混凝土剝落位置采用環(huán)氧砂漿找平。6）在跨中拱腹30m范圍粘貼12層碳纖維布，在拱腳拱頂5m范圍粘貼2層碳纖維布。3.2 主跨鋼管混凝土中承式拱橋1）吊桿錨頭補充油脂。2）鋼結(jié)構(gòu)表面局部區(qū)域除銹后重新涂裝。3）對鋼管內(nèi)砼脫空具體部位及面積大小應(yīng)進一步核實，采用超聲波對管內(nèi)砼脫空進行檢測，并根據(jù)檢測脫空率，在脫空處對鋼管鉆孔，壓入高強度純水泥漿液填充密實。4）吸取同類型橋梁的經(jīng)驗教訓(xùn)，為防止吊桿脫落時發(fā)生橋面垮塌，在吊桿橫梁間增設(shè)h型鋼縱梁，既可在吊桿脫落時支撐橋面系，又可形成縱橫格子體系，增加結(jié)構(gòu)整體性。3.3 橫梁

8、1）對所有裂縫予以封閉，防止內(nèi)部鋼筋銹蝕。2）對破損及不密實部位混凝土浮渣予以清除，采用環(huán)氧砂漿填補平整。3）橫梁端部防落限位鋼管除銹后涂刷防銹漆，對破損嚴重處則予修復(fù)。4）增加鋼箱縱梁時在橫梁支撐位置粘貼的鋼板可以提高橫梁的抗剪切能力，因此該鋼板的設(shè)計需同時考慮縱梁及橫梁的需要。5）作為主要受力構(gòu)件，為確保在長期的服務(wù)時間內(nèi)不因預(yù)應(yīng)力松弛、橋面過載等因素造成災(zāi)難性的后果，對橫梁底面縱向粘貼碳纖維1層進行預(yù)加固處理。3.4 下部結(jié)構(gòu)1）對所有裂縫予以封閉，防止內(nèi)部鋼筋銹蝕。2）對各主拱拱座區(qū)域整體采用外包鋼筋混凝土加固。3）橋臺前墻中下部混凝土剝落位置采用環(huán)氧砂漿找平。圖6 拱座外包鋼筋混凝土

9、加固4. 加固效果通過對上述加固建模計算，主拱鋼管加固后應(yīng)力最大增幅為9.8mpa，混凝土的加固后應(yīng)力最大增幅為1.1mpa。加固后，鋼管的最大應(yīng)力為159.7mpa，小于規(guī)范最大應(yīng)力210mpa，滿足要求；混凝土最大壓應(yīng)力為22.9mpa，考慮到鋼管的套箍作用，承載力有很大提高，該加固方案可行。該橋加固施工完成后，進行了橋梁靜載、動載荷載試驗，從試驗結(jié)果可得出：該橋在加固后，較原橋受力狀況發(fā)生顯著改善，達到了預(yù)期的加固效果。通過對比試驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)，兩者基本一致，證明了該橋計算理論是正確的，加固方案是有效的。5. 結(jié)語拱橋的類型多種多樣，不同的結(jié)構(gòu)類型，病害表現(xiàn)有所不同，產(chǎn)生的原因也有很大的不同。處理病害的方法手段也是多種多樣，在實際工程中，需要針對不同問題進行具體分析，針對病害情況與加固經(jīng)濟效益做出研究，以獲得顯著的加固效果。本文可對同類橋梁的維修加固提供參考。參考文獻：1. 孫昊，套箍技術(shù)加固既有鋼筋混凝