剛架拱橋典型病害維修加固的新思路

1、2010年 11期 (總第 71期 作者簡(jiǎn)介:孫曉紅 (1978- ,女,北京人,工程師,主要從事橋梁設(shè)計(jì)與相關(guān)研究 。剛架拱橋是我國(guó)上世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的一種新 型拱橋,自 1979年以來,該橋型以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 施工 方便 、 經(jīng)濟(jì)性好等諸多優(yōu)點(diǎn),在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛 的應(yīng)用 。 但由于早期修建的剛架拱橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較 低,結(jié)構(gòu)本身承載力富余量不大,組成各構(gòu)件為拼接施 工等特點(diǎn),致使大量剛架拱橋在目前大交通量 、 重載 、 超載車輛的作用下出現(xiàn)了不同程度的病害,嚴(yán)重的影響 到橋梁的安全運(yùn)營(yíng) 。剛架拱橋是一種高次超靜定結(jié)構(gòu),受力較為復(fù)雜, 大小節(jié)點(diǎn)部位受力更為復(fù)雜,弦桿 、 大小節(jié)點(diǎn)開

2、裂是剛 架拱橋的常見病害 。 目前常采用的粘貼鋼板 、 粘貼碳纖 維布 、 增大截面等加固方法只能局部補(bǔ)強(qiáng),而對(duì)有些部 位,如外弦桿 、 大小節(jié)點(diǎn)等的加固效果不是很理想;鋼 架拱橋肋腋板與拱肋結(jié)合較松散,結(jié)構(gòu)整體受力性能較 差,且肋腋板偏薄,大量在役橋梁出現(xiàn)了肋腋板破損 、 下陷等病害,另一方面結(jié)構(gòu)不緊湊 、 橫向聯(lián)系薄弱等, 也加重了主要承重構(gòu)件 -拱肋的不均勻受力,使得某些 局部拱片受力過大,而目前的局部更換破損肋腋板的措 施也只是在原有結(jié)構(gòu)上的修補(bǔ),不能從根本上起到病害 治理的作用 。本文在分析剛架拱橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 典型病害特征的基 礎(chǔ)上,提出了體外預(yù)應(yīng)力加固剛架拱橋拱肋,并將肋腋 板更

3、換為整體式現(xiàn)澆橋面板的綜合加固方法,為今后同 類橋梁的維修和加固提供參考和依據(jù) 。1橋梁概括濟(jì)寧市南環(huán)線京杭運(yùn)河大橋,跨徑布置為 10m +60m+90m+60m +54m ,橋梁全長(zhǎng) 333.28m ,橋梁總體布置 圖如圖 1所示 。 其中, 60m 跨為剛架拱結(jié)構(gòu)形式,該剛架拱內(nèi)弧采用拋物線,矢跨比 1/9,拱片采用支架現(xiàn)場(chǎng) 澆注,預(yù)拱度 L/400,按二次拋物線分配 。 橋面縱坡通 過正拱斜置來實(shí)現(xiàn),豎曲線變化通過未消除的預(yù)拱度和 橋面鋪裝共同調(diào)整 。 橫向設(shè) 6片拱肋,中距 3.2m 。 拱肋 間橋面板采用肋腋板,外側(cè)用懸臂板,其上現(xiàn)澆混凝土 橋面鋪裝,剛架拱外弦桿端設(shè)置伸縮縫 。 鋼

4、筋混凝土空 心墩,懸臂墩帽,鉆孔灌注樁基礎(chǔ) 。 該橋建于 1996年 。圖 1橋梁總體布置圖2主要病害2.1拱肋拱肋的大小節(jié)點(diǎn)位置均有開裂現(xiàn)象,裂縫方向隨著 裂縫位置向節(jié)點(diǎn)靠近,由豎向逐漸變?yōu)樾毕?最大縫寬 達(dá) 0.64mm ,典型裂縫示意如圖 2、 圖 3所示;此外內(nèi)弦 桿和外弦桿側(cè)面也有豎向裂縫產(chǎn)生,實(shí)腹段裂縫相對(duì)較 少 。圖 2弦桿和大節(jié)點(diǎn)的典型裂縫示意圖剛架拱橋典型病害維修加固的新思路孫曉紅,王潤(rùn)建(北京公科固橋技術(shù)有限公司,北京100088摘要:針對(duì)濟(jì)寧市南環(huán)線京杭運(yùn)河大橋剛架拱橋典型病害,制定了在拱肋側(cè)面張拉體外預(yù)應(yīng)力,將原橋肋腋板更換為整體式現(xiàn)澆板的加固措施 。 實(shí)踐證明:該加固

5、方案非常適宜,對(duì)增加剛架拱的整體性能,抑制典型病害的 進(jìn)一步惡化起到了良好的作用,為今后該類橋梁的維修加固提供參考和借鑒 。 關(guān)鍵詞:剛架拱;加固;體外預(yù)應(yīng)力;整體現(xiàn)澆橋面板 中圖分類號(hào):U44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B43圖 3弦桿和小節(jié)點(diǎn)的典型裂縫示意圖2.2肋腋板由于橋面開裂 、 破損嚴(yán)重,肋腋板與拱肋結(jié)合不緊 密,車輛經(jīng)過時(shí)有 “ 喀嚓 、 喀嚓 ” 的響聲 。 部分肋腋板 存在開裂 、 滲水 、 泛白現(xiàn)象,雨水侵蝕拱肋,已有一些 肋腋板進(jìn)行過更換,肋腋板典型病害如圖 4、 圖 5所示 。圖 4肋腋板開裂 、 滲水 、 泛堿照片 圖 5肋腋破損照片 2.3橫向聯(lián)系該橋橫系梁與拱片連接處鋼板焊縫易

6、開裂,拱片頂 部系梁與拱片的連接較弱,個(gè)別頂部橫系梁局部混凝土 開裂 、 剝落 、 露筋,典型病害如圖 6所示 。圖 6橫系梁破損 、 露筋照片 3加固思路及加固方法3.1加固思路體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種常用的橋梁加固措施, 具有能有效地提高現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度 、 有效 改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn),且施工方便 、 經(jīng)濟(jì)可靠 。 近年來,已被廣泛應(yīng)用于舊橋的加固工程中,但在剛架 拱橋的維修加固中還沒有應(yīng)用的案例 ?？紤]到本橋結(jié)構(gòu)和病害特點(diǎn),加固重點(diǎn)有兩個(gè)方 面:一是對(duì)各片拱肋弦桿 、 大小節(jié)點(diǎn)裂縫進(jìn)行綜合治 理,改善拱肋各部位受力;二是提高橋跨的整體受力特 性,使各拱片能夠協(xié)調(diào)受力 。加固

7、前后均采用平面桿系計(jì)算軟件對(duì)該橋 60m 跨剛 架拱進(jìn)行了計(jì)算分析,橫向分布采用了彈性支承連續(xù)梁 法,計(jì)算各不利荷載工況下各關(guān)鍵部位及控制斷面的受 力狀態(tài) 。 計(jì)算分析結(jié)果表明:通過體外預(yù)應(yīng)力在拱肋側(cè) 面的合理布設(shè),可以起到協(xié)調(diào)拱肋各部位受力 、 封閉裂 縫及提高承載能力的作用 。 同時(shí),整體式現(xiàn)澆橋面板可 將各片拱肋可靠的聯(lián)合起來,使各片拱肋協(xié)調(diào)受力,能 夠達(dá)到提高橋跨整體性能的目的 。3.2加固方法3.2.1剛架拱肋側(cè)面張拉體外預(yù)應(yīng)力根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)的受力特征,調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼束走向 。 本橋體外預(yù)應(yīng)力布設(shè)對(duì)稱于跨中,以端橫隔板外端設(shè)置 的預(yù)應(yīng)力張拉尺板作為張拉端,沿剛架拱肋外弦桿 、 內(nèi) 弦桿側(cè)

8、面中部向跨中方向布設(shè),并于大節(jié)點(diǎn)后實(shí)腹段第 一個(gè)橫隔板開始向底緣轉(zhuǎn)向,實(shí)腹斷跨中位置預(yù)應(yīng)力鋼 絞線離拱肋底端高 12cm 。 本橋每片拱肋兩側(cè)面通長(zhǎng)各 布設(shè) 1束 5s 15.2的體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線,體外束預(yù)應(yīng)力 鋼絞線縱向的定位及轉(zhuǎn)向通過每隔 8m 設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向裝 置來實(shí)現(xiàn),拱肋側(cè)面預(yù)應(yīng)力鋼絞線布設(shè)如圖 7所示 。 通過張拉預(yù)應(yīng)力給弦桿以 4MPa 左右的壓應(yīng)力,可 起到裂縫封閉的作用,同時(shí),計(jì)算結(jié)果表明,通過體外 預(yù)應(yīng)力的合理布設(shè),大小節(jié)點(diǎn)受力也得到了一定的調(diào) 和,而通過實(shí)腹段預(yù)應(yīng)力的下彎,成橋狀態(tài)下,橋跨在 圖 7拱肋預(yù)應(yīng)力鋼絞線縱向布設(shè)圖養(yǎng)護(hù)工程442010年 11期 (總第 71期 2

9、010年 11期 (總第 71期 恒載 、 人群 、 汽車及整體降溫的不利工況下,實(shí)腹段跨 中截面的承載能力安全儲(chǔ)備從未加體外預(yù)應(yīng)力的 7.8%提高到張拉體外預(yù)應(yīng)力后的 32.9%,加固效果顯著 。 3.2.2整體化橋面板改造鑿除原剛架拱橋范圍內(nèi) 8cm 厚混凝土橋面鋪裝層, 拆除全部肋腋板,整體現(xiàn)澆 24cm 厚混凝土橋面板,將 各拱肋完整的連接為整體,整體現(xiàn)澆橋面板構(gòu)造如圖 8所示 。整體現(xiàn)澆 24cm 厚橋面板,克服了原結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系 薄弱且有破損,肋腋板預(yù)制拼裝,與拱肋結(jié)合不緊密等 不足,增強(qiáng)了拱肋之間的橫向聯(lián)系及協(xié)同受力能力,大 大提高了橋梁的整體性能 。4結(jié)論針對(duì)該橋拱肋及肋腋板病害,采用在拱肋側(cè)面施加體外預(yù)應(yīng)力的措施,提高了拱肋的承載能力;將肋腋板更換為整體現(xiàn)澆橋面板加強(qiáng)拱肋間的橫向聯(lián)系,增強(qiáng)了 整體剛度 。 并且加固后實(shí)際結(jié)構(gòu)有限元軟件計(jì)算結(jié)果表 明,理論可行 。 該橋加固后運(yùn)營(yíng)已 2年有余,未見其他 病害產(chǎn)生,因此本文提出的剛架拱綜合加固方法可以為 同類橋梁的維修和加固提供參考和借鑒 。參考文獻(xiàn):1廣東省交通廳 . 剛架拱橋 -清遠(yuǎn)北江大橋 . 廣東科技出版社 . 2顧安邦, 孫國(guó)柱 . 拱橋 (下側(cè) . 人民交通出版社, 1997. 3單成林 . 佛山瀾石二橋加固設(shè)計(jì) . 廣東公路交通, 2005(3 . 4劉益輝 . 厚街水