刚架拱桥结构论文

刚架拱桥结构论文（共8篇）

刚架拱桥结构论文 篇1

摘要：刚架拱桥结构兼有拱和梁的特点,斜腿与跨中形成拱的作用承受较大的轴向压力,但只分担较小的弯矩。最近十几年,刚架拱桥的应用在跨径增大、外形变化、应用于连拱、在软地基上修建及施工方法改进等方面不断有所发展,获得良好的经济效益。

关键词：刚架拱桥,构造组成,施工工艺

1 刚架拱桥的基本组成

刚架拱桥为钢筋混凝土拱式结构,是在双曲拱、桁架拱、肋拱和斜腿刚构等结构基础上研制发展起来的一种新型桥。其主拱圈由多片拱肋构成,肋间设横系梁联系;桥拱上建筑部分摆脱了双曲拱的立墙、腹拱等较重的拱式拱上建筑,也改变了常用的肋拱或箱形拱梁式拱上建筑仅起传力的作用。钢架拱吸取了斜腿刚构的特点,用弦杆和支撑在墩台的斜撑组成桥拱上建筑,因此比桁架拱的杆件少,形式较简单。在计算上可考虑主拱圈与拱上建筑的共同受力作用。刚架拱由拱肋(包括实腹段和拱腿段)、弦杆、斜撑及横系梁构成骨架,然后在沿桥面的骨架和横系梁形成的格构间组装预制板面板,最后铺筑桥面混凝土,形成空间承载体系。结合刚架拱的研究,在常用作桥面板的微弯板的基础上提出了可采用一种新型的桥面板——肋腋板,这种板变微弯板的单向板为双向板,板的重量减轻了,强度也更均衡,使刚架拱桥的结构更加经济合理。

2 刚架拱桥的总体布置

2.1 外形布置

刚架拱桥的合理跨径是25～70 m。当跨径小于30 m时,或弦杆配置预应力钢筋时,可不设斜撑。当跨径大于70 m时,可增加斜撑,除第一斜撑支承于桥台(墩)外,其余斜撑支承在拱腿上。

实腹段的下底缘曲线可采用二次抛物线、悬链线或圆弧线。实践上,一般采用二次抛物线。

拱腿可根据跨径的大小设计成直杆或与实腹段下底缘相配合的微曲杆,当跨径为25～40m时,可简单设计为直杆;跨径为40 m以上时,从美观考虑可设计为微曲杆件。

2.2 矢跨比

刚架拱桥的矢跨比,无须像一般拱桥那样,去追求拱轴线与拱的恒载压力线一致,但应尽量使恒载弯矩小一些,特别是采用无支架施工的刚架拱桥,应考虑拱轴线与恒载压力线尽量接近,还应结合桥位处具体情况综合考虑。矢跨比增大,有利于减小抗推刚度,对下部构造的刚度要求相应降低,因此在条件许可时,应选用较大矢跨比,以减小下部构造的工程量。由于刚架拱片横向刚度小,不能承受急流和漂流物的冲击,因此,在通航或漂流物较多的河流上建桥,应注意尽量提高拱腿标高。必要时,拱腿应予加宽或加强横向联系。

2.3 拱片数目及间距

刚架拱桥的横向拱片数应根据桥梁的宽度、跨径、设计荷载标准、施工能力等作技术经济比较后确定。

一般情况下,跨径较大时,宜采用较少的拱片数量,以取得较好的经济效果。当然,如采用预制吊装施工方法时,拱片的起吊重量会相应增大一些,并且拱片间距越大,荷载横向分布就越不均匀,甚至会影响荷载的横向传递,所以拱片净距不宜超过3.5 m。对于双车道公路桥,跨径在25～70 m时,可用3～4个拱片,拱片宽度一般为0.2～0.4m,间距约2～3.5 m。

2.4 节点位置的确定

节点位置应根据结构的受力状况及桥梁外形美观来确定,大节点位置根据跨中实腹段主梁长度和主拱拱腿的斜度确定。一般情况下,主梁长度为2/5～2/3桥跨径长度,主拱腿水平夹角在30°左右,当跨径和矢跨比确定后,主节点位置也能大致确定,一般在跨径长度的1/4～1/3处附近,小节点位置则与大节点位置和腹孔段边梁跨度大小有关,对于只有一根斜撑的拱片,一般可以将小节点布置在弦杆中点附近,以改善弦杆的受力性能。

2.5 刚架拱各杆件截面形状的选用

刚架拱的杆件截面一般采用矩形、工字形、箱形等。当跨径较大,拱腿的轴压力亦大,拱腿可采用变宽截面,一般从高拱腿第一或第二横系梁开始往拱腿逐渐加宽。采用这样的构造,能减小拱腿支承压应力,比增加拱腿高度的效果要好得多,而且还能增加拱片的横向刚度。此外,也可把拱腿的混凝土标号提高一级。

2.6 桥面系

桥面系由预制钢筋混凝土桥面板及现浇混凝土桥面组成,拱片间桥面板采用肋腋板或微弯板,边肋外侧用悬臂板。

肋腋板是双向板,它支承在拱片及横隔板上,在结构上充分利用薄膜效应,因而混凝土用量少,重量较轻,采用较广。微弯板安装在两拱片间的实腹段和弦杆上缘,与大面积的现浇混凝土形成桥面系承受外荷载。

3 刚架拱桥施工工艺

刚架拱桥施工包括构件预制、起吊、运输、安装等工艺。现对一般情况下施工过程中几个主要的施工工艺进行介绍。

3.1 构件预制

拱片预制可采用卧浇且在竖向三片叠浇的方法,以节省预制场地,减少模板放样的工作量,并保证连接横系梁的预埋铁件位置正确和避免放样差错。模板采用木制包白铁皮模板,方便加工。

3.1.1 构件预制场地

构件的预制在固定的混凝土预制场内进行。场地的铺筑程序为:清除障碍物→粗整平→压实→测量并找平→铺片石→浇混凝土面层。采用C15混凝土,厚度为6 cm石砌地膜浇低标号混凝土,保证底模的强度和平整度。

3.1.2 拱片放样

采用坐标法放样,先放跨径尺寸,再分段放出纵横坐标,将坐标点连接到拱片下缘线。根据设计尺寸定出拱片、斜撑、弦杆轴线,画出构件轮廓线及交角圆弧线,定出各吊点位置、横系梁联结点位置及大小结点位置。放样后,由总工校核,监理工程师验收合格。

3.1.3 拱片模板

拱片为条弧形预制件,为制作方便、降低造价,可采用红松板材制作,用厚度为0.3 mm的优质铁皮覆包表面,这样既能达到钢模板的效果,又能进行现场加工,可缩短制作时间。

3.1.4 钢筋骨架制作与就位

钢筋骨架采用分部成型、整体入模的方法,采取先放置钢筋骨架,然后现场焊接接头和安装固定横向联结系预埋件,焊好现浇混凝土接头处钢筋,校核无误后立模。施工时,将拱腿、斜撑、弦杆提前加工成型,实腹段现场扎制,接头钢板提前加工,这样既方便施工又保证了骨架成型的质量。

3.1.5 立模

把模板沿放样线拼装成整体,调整好板垂直度、直顺度,底部、上部用螺栓加固。接头缝用1 cm厚的海绵条填塞,底模铺一层塑料薄膜。模板表面涂刷脱模剂。待第一片强度达到设计强度30%以上时,叠浇第二片、第三片。立模时,先做一层厚度为2 cm的水泥掺黏土砂浆隔离层,然后加固模板,确保立模不变形,尺寸准确。浇混凝土前,应对模板尺寸、钢筋尺寸、位置、焊接长度、预埋件数量、位置等做全面检查,无误后进入下一道工序。

3.1.6 浇筑混凝土

严格按设计配合比配料、拌制。拌制时,严格控制配合比及拌制时间,随时检查混凝土坍落度、和易性。浇筑时,每一预制段必须一次浇完,不留施工缝。混凝土的振捣,采用插入式振动器,要控制振动时间,使混凝土表面达到不冒气泡、下沉、表面返浆平整的要求。预制每个构件时,随机取样做3组混凝土试块,分别做3d、7 d、28 d抗压强度试验。混凝土达到设计强度25%后即可拆模。

3.1.7 微弯板悬臂板预制

为了节省木材,采用土模,表层必须做厚度为6 cm石灰土,并夯实。加强土模覆盖,以免经雨变形。横系梁的预制采用在浇筑地膜上,立木制包白铁皮的侧模板浇筑的方法。可在大件预制的同时进行。

3.1.8 设置槽孔

为保证裸肋与桥面整体承受活载,在实腹段及腹孔弦杆截面的凸出部分,除应凿毛外,还需设置侧向齿槽或槽孔。槽孔的制作是在卧浇预制混凝土的构件时,在肋顶凸出部分紧靠上缘钢筋处,插入一块底面积为10 mm×20 mm的木块,于混凝土初凝前拔除成孔。同时,在槽孔顶部留溢浆孔。每个槽孔中插入2根Φ8～10 mm的钢筋,长度为70 cm,以便与桥面钢筋连接作为锚固筋。

3.2 构件的起吊

为使构件接头位置准确,起模前要将构件编号并复核尺寸,待构件混凝土强度达到设计强度的70%时,方可起吊。所有构件除实腹段应空中翻身外,其余构件均可直接翻身就位,其起吊翻身须仔细小心,以免损坏构件。因此,利沟大桥所有预制构件起吊的重点是实腹段。因为实腹段内弧是二次抛物线,且为卧叠浇制,如果起吊不慎,会因弯矩不等造成断裂或裂缝。实腹段起吊过程为:将叠放的构件用撬棍多点微微撬动,同时预备2～3根撬棍待起吊时再辅以撬动;然后,用2台吊车,分别拴住构件两端上、下缘吊环(拴下缘吊环必须用倒链),2台吊车同时轻、慢提升,撬棍与之配合轻撬动(构件一端撬起的高度要控制在2 cm之内),边撬边垫同一直径8mm的短钢筋,当4点同时上升,上缘稍有移动时,再用20mm的短钢筋逐步深入,待与底部完全脱离,上部缓慢上升,下部倒链回放,使拴下缘吊链逐渐放长,构件逐渐立起,直至构件完全成垂直状,将倒链取下,构件翻身完成。

实腹段起吊时应注意:起吊过程必须严格控制,决不能使实腹段下缘两端点着地,造成跨中弯矩过大,而使构件发生裂缝甚至断裂。同时,要注意让2台吊车同时均匀、缓慢提升,保证两端升空高度一致,下缘回放迅速。

3.3 构件的运输

所有构件运输,应根据构件重量采用10～20t挂车,采用部队退役炮车最为理想。

构件翻身完成并起吊到一定高度,将预备好的拖车开入场地,使构件轻轻下放,构件两端吊环处放枕木,使构件两端不接触车厢为宜,然后用倒链将构件捆牢,以免在运输中倾斜或歪倒。

吊装前修好预制场到桥位的便道,运输过程应配专人指挥运输车行驶,确保行车及构件的安全。

3.4 构件的安装

构件的安装包括临时支架的搭拆和构件的安装,还有构件拼接接头施工和桥面系施工,这些技术都比较成熟,本文不再详述。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2]裘伯永,盛兴旺,乔建东,等.桥梁工程[M].北京:中国铁道出版社,2001.

[3]顾安邦.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2000.

刚架拱桥结构论文 篇2

介绍了梅乐公路乐昌大桥主跨为3×60 m的刚架拱桥的.基本组成、桥梁各部分构造、无支架缆索施工的基本要求、施工要点及施工方.

作 者：张雪红 朱有元  作者单位：韶关公路工程有限公司,韶关,512022 刊 名：交通科技 英文刊名：TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：U4 关键词：刚架拱桥   基本组成   基本构造   缆索施工  

刚架拱桥横梁加固研究 篇3

刚架拱桥为多次超静定结构,一般采取分段预制后装配的方法,结构整体性差,横向刚度低,截面尺寸相对较小,动力性能显著。随着我国交通量增大,在长期运营荷载作用下经常出现刚架拱片与横系梁的联结松动,由此可能导致横系梁脱落,各构件的薄弱断面出现裂缝,整体刚度下降。横系梁损坏后不利于荷载的横向分布,因此本文以广东某刚架拱桥为依托工程,研究增大不同位置横系梁截面对结构动、静力性能的影响。

2 模型介绍

广东某主桥为4×70 m一联的刚架拱桥,横桥向设5片拱肋,肋中距3.1 m,矢跨比1/9,主拱腿采用C40混凝土,其他上部构造及墩帽为C30混凝土。采用Midas/Civil桥梁结构有限元分析软件建模分析,拱片、横梁均采用三维梁单元,上弦杆端部和立柱固结,拱脚固结,桥面铺装、人行道、护栏等作为恒荷载施加于相应位置,空间有限元模型见图1。

3 有限元计算分析

3.1 静力分析

本文仅为定性分析,得出的结论为一种变化趋势。汽车荷载按公路—Ⅰ级,两车道偏载取用,温度荷载按整体升温15 ℃或降温10 ℃取,计入混凝土收缩徐变(收缩相当于降温15 ℃,考虑徐变影响作用效应乘以0.45折减系数)[3]。根据JTJ D60-2004 公路桥涵设计通用规范,组合1:恒载+汽车+收缩徐变+整体升温;组合2:恒载+汽车+收缩徐变+整体降温。

模型中为更好的体现横梁作用,不考虑肋腋板对全桥横向刚度的贡献,增大横梁截面共分6种工况,位置示意见图2。4号大节点处横系梁截面尺寸由空心截面变为20 cm×200 cm 实心截面,其他六根横系梁由原来15 cm×80 cm空心截面变为20 cm×80 cm实心截面。计算结果见表1～表5,表中仅示出同一截面处各拱片中弯矩绝对值最大值及其对应的轴力。

工况1:旧桥不计肋腋板横向刚度;

工况2:增大各跨跨中对称1号横梁截面;

工况3:在工况2基础上增大各跨对称2,3号横梁截面;

工况4:在工况3基础上增大各跨对称4号横梁截面;

工况5:在工况4基础上增大各跨对称5,6号横梁截面;

工况6:在工况5基础上增大各跨对称7号横梁截面。

1)跨中内力影响。

增大跨中处横梁截面,跨中内力显著减小,但较多的增大实腹段横梁截面跨中内力反而会增加,加大大节点横梁截面,各种荷载作用下弯矩略有减少,但轴力却随之增大,增大弦杆处和拱腿处横梁截面,均能够改善受力,但作用较小。

2)拱脚内力影响。

增大跨中附近横系梁截面,在汽车荷载作用下拱脚最大弯矩由正弯矩变为负弯矩,对应轴力由压力变为拉力,但其他荷载产生的内力显著减小,继续增大实腹段其他横梁截面对内力改善作用不大。增大节点处横梁截面,在组合荷载下弯矩减小轴力增大,增大弦杆处横梁截面除组合2作用下轴力增大其他内力均有所减小,增大拱腿横梁截面内力变化较小。随着增大截面横梁的个数增多,由自重产生的轴力增大,弯矩先增大后减小。

3)大节点实腹段内力影响。

随着实腹段增大截面横梁的个数增加内力逐渐减小,大节点横系梁截面增大,弯矩几乎不变,轴力却随之增大,弦杆处与拱腿处横梁截面的增大对结构受力的影响较小。

4)小节点弦杆内力影响。

增大实腹段横系梁及拱腿处横梁截面对其受力影响较小,增大大节点横梁内力增大,增大弦杆处横梁,在自重作用下内力增大,在汽车荷载及组合荷载作用下内力显著减小。

5)拱腿上部内力影响。

增大跨中附近横系梁截面内力增大,但增加实腹段靠近大节点处横系梁截面则在汽车及组合荷载作用下内力略有减小,增大大节点处横系梁截面则弯矩增大,轴力减小,加大弦杆处横梁截面轴力增大弯矩减小,增大拱腿横梁截面内力稍有增大。

3.2 动力分析

工况1～工况6下动力分析结果见表6。

Hz

由以上动力分析结果可知,增大实腹段及大节点横梁截面对结构动力性能影响较小,增大弦杆处和拱腿处横梁截面对结构基频及高阶频率均有提高,但增大拱腿横梁截面改善结构动力特性效果更显著。

4 结语

增大跨中横梁对跨中、拱脚、大节点实腹段受力有利但对拱腿上部受力不利;增大大节点横梁除对小节点弦杆影响较小外,对其他截面产生的影响为弯矩减小轴力增大;增大弦杆横梁对跨中和大、小节点处受力有利;增大拱腿横梁截面使拱脚受力减小拱腿上部受力略有增大;仅增大弦杆处横梁截面可以改善小节点受力。

因此,采用加大横梁截面加固时,应注意某个截面受力得到改善的同时可能加大其他截面的受力。增大拱腿处横梁对结构动力性能改善作用较大,增大其他横梁效果不明显。

摘要：建立刚架拱桥空间有限元模型,分析了增大不同位置横梁截面对结构静力和动力性能的影响,寻找最有效的加固位置,得出了不同位置横梁增大截面对结构各关键部位的内力改变,表明增加横梁截面在改善某个截面受力的同时可能加大其他截面的受力,应该予以重视。增大弦杆横梁截面和增大拱腿横梁截面对结构基频及高阶频率均有所提高。

关键词：刚架拱桥,空间有限元,静动力性能,横梁加固

参考文献

[1]李宏江,叶见曙,虞建成.伊家河刚架拱桥病害的结构分析[J].桥梁建设,2002(5):105-106.

[2]张树仁,王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

刚架拱桥加固设计及计算分析 篇4

刚架拱桥是现如今的一种全新的拱桥架构模式, 其实经过了多种结构模型之后的实验, 吸取了双曲拱等桥梁架构模式的优秀经验, 才形成了这种架构新桥型。其最大的结构优点就是高次超静定, 具有强大的助推力。一般而言, 这种刚架拱桥的建构模式都表现出构件少、自重轻、施工简便等特点。在如今, 中国大部分城市都掌握了这种架构模式, 并得到了广泛推广与应用。刚架拱桥也有一些缺点, 如刚架拱桥由于自重太轻导致其在建设完毕之后, 比起一般的桥梁, 稳定性更差。所以, 在社会中, 很多此类刚架拱桥已经成为了危桥, 严重影响到了城市的交通发展, 不利于城市的建设。从整体来看, 纵观全国的刚架拱桥, 刚架拱的加固设计刻不容缓。

1 工程概况及桥梁病害

某刚架拱桥修建时间为1988年, 设计时荷载为汽车-20级, 挂车-100, 人群300 kg/m2。桥梁全长59.12 m, 全宽25.50 m, 行车道宽19.00 m, 两侧人行道净宽各3.25m。经过专家多方面的检测, 此桥存在的病害如下。 (1) 整桥的混凝土已经大部分脱落, 出现了桥板弯曲的状况; (2) 就整座桥来看, 50%的拱片混凝土的劣化面积已经达到了90%, 一些在主筋截面损失也达到70%, 毁坏面积惊人; (3) 全桥下挠比较严重, 最严重的地方大概达到了13.9 cm。原来是在施工中, 这种混凝土强度低, 碳化的深度最大处已高达33 mm, 这样一来, 腐蚀速度进一步加快; (4) 横系梁以及横隔板这两个桥梁的部件没有出现重大的病害。

综上对桥梁的分析与判断, 可以得知这座桥梁已经损坏严重, 根据国家CJJ99-2003《城市桥梁养护技术规范》的标准, 可以被评为D级, 属于完全不合格的情况。因此, 必须尽快对此桥梁进行加固设计。

2 加固设计分析

专家为了找出此桥的病害问题, 积极对其进行深入调研, 最终发现是耐久性不足导致的受力性结构出现裂缝, 致使桥梁无法受力。当前这方面的科学技术还处在于一个发展初期的状态, 还需要一段时间才能对其进行完善与成熟。所以, 现在的加固设计只是表面上的而已, 对于桥内还是束手无策。通过对规范性要求与实际建造成品这两者的承载力进行比较, 发现完全不相符。主要原因如下。

1) 该桥使用当中, 车流量较小, 而且车的载重都不大。实际汽车荷载与汽车-20级 (约相当于城-B级) 其实存在在这两者之间的差距还是非常明显的。

2) 就事实而言, 该桥的墩台还是十分坚固的, 体量大、地质好。尽管基底摩擦力与台后土压力的共同作用, 也没有改变该桥的墩台位置。

通过专家的实地勘测与精确计算, 发现该桥的实际运行状况要比理论上要好。主要是因为在实际运行中, 汽车载重量小, 桥墩较为结实。但是, 就该桥所处的位置来看, 设计时必须要控制汽车载重量不低于城-B级。为了便于城市的管理, 对该桥进行加固设计是重中之重。

3 加固设计与施工要点

3.1 加固设计方案的确定

其加固设计的具体方案步骤如下:首先, 在保证该桥的基础稳定之后, 对该桥出现的结构性裂缝进行修补;其次, 在刚架拱的实腹段、上弦杆的受力截面以及配筋等主要部件上, 增大其承受力, 保证行车安全;然后, 增设横系梁、更换弯板、增设桥面铺装钢筋网以及增加桥面纵横向配筋等。通过检验与核算, 钢板粘贴补强法对于该桥的修补十分有效, 将其真正落于实践当中, 可以提高结构的承载能力。

3.2 加固设计要点

1) 在主拱肋加固的同时清除生锈的地方, 同时, 把钢架上的混凝土清除只留下钢筋, 除此之外, 要把原先的钢筋重新焊接, 并且加入细骨料增大截面面积, 出现裂缝时, 可以采用膨胀水泥等材料对裂缝进行修补, 再用环氧结构胶对钢板进行粘贴, 通常情况下, 在施工过程中还需要考虑到钢板和主肋的共同受力。

2) 加强横向面积可以使用环氧树脂对原来的横系梁进行修复, 通常会在实腹段和上弦杆等处增加大约8道的横系梁, 还需要考虑到是否凝固。

3) 桥面经过加固以及换掉原先已经坏了的微弯板, 重新安装后的桥面厚度不能小于15 cm, 并且需要配备标准的钢筋, 除此之外, 应另外加入受力钢筋, 其主要的作用就是加强抗压能力和受压能力。一般而言, 施工应该在加固结束才能进行。桥面的横坡应该保持和原先一样, 纵坡需要增加厚度并且进行合理的调整。设计时需要考虑到桥面板和微弯板以及主肋之间形成的截面共同承受的能力, 重新浇灌桥面的混凝土为40#防水混凝土。

3.3 施工要点

1) 在进行拆除工作的时候, 需要使用小型施工工具, 同时需要时刻注意, 施工过程中要从拱顶向两侧保持对称并且拆除, 施工过程中不能有太大的震动, 因为需要保证拱肋结构的安全性。

2) 主肋凿除混凝土工作应该人工处理, 在保障不会损伤主肋等构件的条件下, 保证拱肋结构的安全。

3) 只有在桥面强度到达80%后, 才能进行裂缝修补工作;对比0.1 mm小的裂缝, 需要使用环氧树脂液对裂缝进行灌注, 而比0.1 mm大的裂缝则需要用微膨胀水泥浆进行修补。

4) 完成裂缝修补后再对主拱肋钢板进行粘贴, 粘贴钢板必须使用JGN建筑结构胶, 工作结束之后需要进行检验。

5) 只有在主拱肋加固结束之后才能进行其他的加固, 比如横系梁的加固以及增加新的横系梁工作。

6) 当横系梁混凝土的强度超过设计强度的80%后, 桥面铺装混凝土浇筑必须在低温环境下一次性完成, 并且保持拱脚向拱顶对称进行的操作顺序, 必须均匀浇筑。

4 加固前后刚架拱桥检算与结果对比

4.1 计算模型 (采用桥梁博士V3.3建立模型)

加固前模型:主要进行了建模计算, 通过对一系列的数据取值, 计算模型过程中主要考虑导桥梁的施工过程: (1) 必须先支架; (2) 形成拱片, 拱片的各节点必须是刚接; (3) 安装微弯板和对桥面板的浇筑; (4) 拱腿为固接。

加固之后的计算模型与加固之前的有些类似, 主要是通过在加固前的模型上对现增加的固体进行计算得到的:把粘钢加固的钢板换算成相同面积的HRB335钢筋用模拟的粘钢进行加固操作, 同时模拟拱脚的增大截面加固。

1) 原来结构的混凝土标号都为300号, 其中混凝土的强度等级是按C25考虑的。拱腿增大截面用C30混凝土。

2) 原结构钢筋都是用的是一、二级钢筋, 是按现在的使用的R235级和HRB335钢筋进行分析考虑的。拱腿的新增纵向中采用HRB335钢筋。

3) 一般而言, 在粘贴过程中使用的粘钢都要使用Q345d钢板。

4) 设计桥面荷载的等级:把汽车的荷载设置为城-B级;将人群的荷载设置为3.5 k N/m2。其他荷载均按照CJJ11-2011《城市桥梁设计规范》进行相应的取值。

4.2 加固前、后计算结果对比

表1所示的是加固前后控制截面的强度对比。

从表1中可以看出, 一般而言, 最小弯矩组合下强度不足主要出现在以下几个地方: (1) 拱脚较大范围内, 安全系数只有0.56的时候; (2) 拱腿上端的一小部分地方。然而经过加固处理后这个控制截面的安全系数就显著提高了, 并且数据显示全部都比1.0大, 很符合城-B级的荷载要求, 所以这个加固效果很好。

除此之外, 加固前、后控制截面裂缝宽度数据结果见表2所示。

表2中可以看出, 弦杆和实腹段下缘产生的裂缝宽度比较大, 部分区域已经不在规定的范围内。拱脚部分区域裂缝宽度不符合规定。经过加固后测算出来的控制截面裂缝宽度比较符合规定, 所以很符合城-B级的荷载要求。

5 结论

总的来说, 通过科学地分析和数据对比, 做出了对本桥来说是极具有针对性的加固方案。通过对加固前后计算结果分析, 最后得出结论, 表明经过修改后的方案, 显示出该桥承载能力和安全系数都提高了, 所以这个方案是可行的, 并且能够有效地解决有关此类桥梁承载能力不足的问题, 可以为其他钢架拱桥提供参考。[ID:003379]

参考文献

[1]林利青.刚架拱桥病害原因探究与治理对策[J].公路交通科技:应用技术版, 2010, 27 (8) :38-40.

[2]张继承.中小跨径桥梁常用加固方法[J].今日科苑, 2010, 14 (10) :65.

浅议刚架拱桥的加固技术 篇5

1 旧桥概况

锭子桥位于国道G205线梅州市环城路段, 于1990年竣工通车总长108.25m, 上部结构为3×32m的钢筋混凝土刚架拱, 桥面全宽为15.4m+2×1.5m行人道+2×0.15m栏杆, 设计荷载为汽车-20级, 挂车-100级。上部构造由6个钢筋混凝土拱肋组成, 拱肋采用现浇法施工, 由横系梁将6个拱肋组成整体。桥面为预制的微弯少筋肋腋板上现浇桥面铺装层, 拱肋外侧为预制的悬臂板。下部结构两个桥墩采用钢筋混凝土人工挖孔桩, 桩径1.4m, 高桩承台, 两侧为重力式桥台, 现场检查未发现墩台沉降和变位问题, 该桥运营以来, 因在G205国道上, 交通量很大, 重车很多, 在汽车荷载的反复作用下, 随着运营时间的增长, 肋腋板逐渐产生纵横裂缝, 特别是重车通行较多的车道 (往广州方向) 裂缝更多, 使桥梁受力不利。

2 主要病害及病害原因分析

2.1 桥梁主要病害。

(1) 桥面出现多处纵横向裂缝, 特别是沿桩号前进方向 (往广州方向) 由于重车较多, 导致裂缝更多, 肋腋板在运营过程中已经更换多处。 (2) 车辆行驶过桥时振动较大, 尤其是各跨跨中振动较为明显。 (3) 各跨主拱腿拱脚上缘出现多处横向裂缝。 (4) 靠近大节点的弦杆上有斜裂缝。

2.2 根据该桥现场状况并比较同类桥梁出现的类似问题分析病害原因如下:

桥梁本身结构缺陷和承载力不足:刚架拱桥是一种集零为整的结构, 原桥结构尺寸偏小和配筋偏少, 整体性能差和刚度较低, 安全富余系数较小, 随着交通运输的发展, 特别是重载车辆的过度行驶, 使该桥不堪重负, 加剧了结构破损。通过计算机技术进行分析, 拱脚上缘、拱顶下缘、小节点上缘以及靠近大节点的弦杆下缘均为薄弱位置。

3 加固方案

本桥主要采用加强主拱腿及上部结构的整体性, 提高桥梁强度和刚度, 封闭桥梁裂缝、修补桥梁缺陷等办法进行加固。具体加固措施为:

3.1 在主拱腿拱脚2.

5密范围内上缘顶面新增钢筋混凝土现浇板, 将矩形截面改造为T型截面, 改善拱腿受力和加强6片拱腿的横向连接。使新老混凝土结合牢固, 增强刚架拱桥的整体性, 提高桥梁的刚度和承载能力。为了增强新老混凝土的连接, 除采用钻孔锚固植筋, 凿毛老混凝土, 涂刷掺有丙苯乳液的水泥浆等措施外, 新浇混凝土还采用微膨胀混凝土, 尽量减少新老混凝土的收缩差, 使新老混凝土结合成整体。混凝土的浇筑应从拱脚到拱顶方向对称进行, 逐孔施工。

3.2 更换桥面, 增强桥面的整体性。

由于预制安装施工的肋腋板整体性差, 与拱片不能形成组合截面, 降低了刚架拱桥的强度和刚度。因此, 拆除全部桥面铺装及肋腋板, 重新现浇钢筋混凝土桥面板, 并采取有效措施, 使新老混凝土结合牢固, 增强刚架拱桥的整体性, 提高桥梁的刚度和承载能力。现浇桥面板应以对称均衡为原则进行, 为了延长桥梁的使用寿命, 桥面板不设纵缝。

3.3 塞缝灌浆封闭桥梁裂缝, 修复桥梁中混凝土缺陷和钢筋锈蚀等病害。

塞缝灌浆是把按一定比例配制的水泥 (砂) 浆、环氧树脂 (砂) 浆, 通过喷浆机按一定压力灌入结构物缝隙内, 起到填塞裂缝、避免钢筋锈蚀并提高结构整体强度的作用。裂缝在桥梁病害中较为普遍, 产生裂缝的原因很多, 也很复杂。结构物一旦出现裂缝, 其受力截面发生应力重分布, 也就意味着受力有效截面变小, 结构应力增大, 承载能力降低。塞缝灌浆是用胶结材料把结构的裂缝填满, 使力的作用、传递尽可能恢复到原来状态。塞缝灌浆一般用于处理桥梁上、下部结构裂缝, 灌浆分为水泥浆、水泥砂浆、环氧结构胶、环氧结构胶砂浆等, 具体采用哪一种, 应视实际情况而定。综合各种因素, 本桥采用环氧结构胶施工。

4 主要施工工艺和注意事项

4.1 塞缝灌浆

环氧树脂浆一般用于钢筋混凝土结构物, 因为钢筋混凝土构件产生的裂缝较小, 易灌满, 粘结性好;环氧树脂砂浆多用于桥面裂缝。塞缝灌浆的通常做法是:先用1∶1水泥砂浆勾缝, 勾缝时须预留直径约6~8mm的灌浆孔, 孔距视裂缝宽度而定, 缝宽处孔距为0.6~1.0m, 缝小处孔距为0.4~0.6m。待勾缝砂浆达到一定强度后即可灌浆。钢筋混凝土梁的裂缝较小, 用环氧树脂勾缝, 凡大于0.2mm的裂缝都要留孔灌浆, 孔距一般为0.25~0.30m, 灌浆方法与灌水泥浆大致相同。在公路旧桥加固中, 塞缝灌浆是综合处治的方法之一, 用得比较普遍, 通过试载及使用观察, 效果较好。

4.2 植筋及钢筋的施工

刚架拱上的锚固和纵向钢筋, 均通过钻孔锚固植筋, 应遵循先植筋、后凿毛原则外, 还应按下列施工注意事项进行: (1) 钻孔。钻头直径应比钢筋直径大2~4mm以上, 钻孔深度比钢筋锚固长度大5mm, 每孔应用工具量测, 成孔后用钢筋试插, 确保深度、大小正确。 (2) 清孔。先用硬鬃毛刷清理孔道, 再以高压干燥空气吹去孔底粉尘、碎片和水分, 保持孔内干燥、干净。钻好植筋孔后, 应立即清理干净后植筋, 避免成片钢筋孔空待。对施工中的的盲孔, 应立即清理干净后用植筋胶回填。 (3) 灌胶。将植筋胶由孔底灌注至孔深2/3处, 待插入钢筋后, 胶即充满整个孔洞。 (4) 保护锚固筋。钢筋插入后在胶液干固之前 (一般在12小时左右) , 不得扰动钢筋。若有较大扰动, 应重新植筋。 (5) 钢筋网。钢筋网必须位置正确, 钢筋网的交点要求部分点焊、部分绑扎呈梅花状, 使钢筋不致变形, 再辅以垫块和焊接短钢筋, 增大钢筋网的刚度, 确保保护层的厚度和主筋在竖向位置的正确。

4.3 新老混凝土结合面的施工

(1) 用硬鬃毛刷或钢丝刷清洗老混凝土的表面, 将混凝土表面的泥土、粉尘、油污及碎渣清理干净。 (2) 用小锤将混凝土表面凿毛, 凿成间距3cm、深5mm的密布小坑。 (3) 用清水冲洗, 用钢丝刷刷小坑, 将混凝土碎渣全部清除干净。 (4) 在老混凝土表面上涂刷一层水泥净浆, 其厚度1~2mm。为了增强新老砼的粘结, 在配制水泥净浆时, 要加入浆液体积10%的丙苯乳液。 (5) 在涂刷的水泥浆液尚未凝固时, 立即浇筑微膨胀混凝土, 要求振捣密实, 全部尺寸满足设计要求。

4.4 混凝土缺陷及钢筋锈蚀的处理

对有缺陷的混凝土 (蜂窝、麻面、空洞、表面风化、剥落等) , 必须人工敲打、凿毛、用钢丝刷来回刷擦, 清除不稳定的混凝土部分。为使混凝土表面洁净, 必须用水清洗。对锈蚀钢筋, 应先凿除周围损坏的混凝土, 露出钢筋, 用细钢丝刷将锈蚀部分清除干净, 再外涂阻锈剂, 然后再根据情况用高标号混凝土或砂浆填补。为增强新老混凝土的连接, 在浇筑混凝土之前, 应在原混凝土表面刷上一层水泥净浆, 以利新老混凝土结合牢固。

结束语

旧桥出现病害的原因很多, 采取的措施也不尽相同。一般来说做新桥的质量比较好, 但旧危桥全部推倒重来的想法不现实, 唯有延长桥梁的使用寿命才是正道。要延长桥梁的使用寿命, 一是设计要有超前意识、施工要有质量保证;二是在使用阶段加大养护力度, 增加养护投入, 积极实行科学合理的预防性养护, 防范于未然, 减少病害的发生;三是加强公路桥梁的管理, 对超限运输管理要到位, 确保桥梁不超负荷工作。

参考文献

[1]锭子桥加固工程设计图纸[Z].[1]锭子桥加固工程设计图纸[Z].

[2]公路养护技术规范[S].[2]公路养护技术规范[S].

[3]湛润水.公路旧桥加固技术与实例[M].[3]湛润水.公路旧桥加固技术与实例[M].

刚架拱桥结构论文 篇6

钢筋砼钢架拱桥建造历史悠久, 部分类型的桥梁由于车流量大, 不堪重负, 现为危桥, 需要进行加固维修。本文以东莞市万江大桥主桥为例, 万江大桥新主桥为3跨刚架拱桥, 跨越东莞水道, 跨径为42+54+42m, 桥面宽度为15m, 由5片拱肋组成, 边跨拱肋矢跨比约为1:8, 中跨拱肋矢跨比约为1:10, 拱肋混凝土设计标号为30号。该桥设计荷载为汽-20, 挂-100级。加固维修的主要措施:a.刚架拱增大面积, 即对拱肋外套U型钢模板, 然后再拱腿顶、底面增加15cm厚、侧面增加8cm厚C30自密实微膨胀混凝土;b.加强横系梁;c.增设桥墩防撞设施。桥梁立面图和跨中截面布置图分别如图1-2所示。

2 静载试验

2.1 试验目的

本次试验为了验证万江大桥新桥加固后, 桥梁的承载能力是否提高, 加固效果是否达到预期的要求, 为今后这种类型的桥梁加固提供依据。

2.2 试验方案

(1) 加固前后两次试验加载位置和加载重量一致。根据东莞市万江大桥新主桥 (3跨刚架拱桥) 加固维修工程设计图纸, 应用桥梁结构分析软件按桥梁设计规范要求, 计算出在设计荷载 (汽-20、挂-100) 作用下第一孔控制截面 (图3中的A截面) 最大正弯矩值 (工况一) 、第二孔控制截面 (图3中的C截面) 最大正弯矩值的设计值 (工况二) , 然后按照试验荷载作用下各控制截面弯矩值满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中对荷载效率系数的要求来进行各工况的加载载位布置, 本次试验需要4辆重约350k N的重车。

(2) 在桥面两侧沿桥纵向在支座、L/4、跨中、

3L/4位置布置挠度测点, 共布置9个挠度测点, 图4为测点平面图。通过精密水准仪进行测量。在试验跨的控制截面处布置应变测点, 测点位置及编号见图5。

2.3 静载试验结果

(1) 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/T J21-2011) 的要求, 桥梁的静力试验按荷载效率来确定试验的最大荷载。静力荷载效率的计算公式为:

式中:

Ss—静力试验荷载作用下, 某一加载试验项目对应的加载控制截面内力、应力或变位的最大计算效应值;

S'—检算荷载产生的同一加载控制截面内力、应力或变位的最不利效应计算值;

μ—按规范取用的冲击系数值;

ηq—静力试验荷载效率。

荷载效率宜介于0.95~1.05之间。

(2) 挠度结果:加固前后在满载作用, 加固后挠度值小于加固前挠度值, 如表1所示。

(3) 挠度结果:加固前后在满载作用, 加固后挠度值小于加固前挠度值, 如表2所示。

(4) 裂缝情况

加固前:在试验前的桥梁检查中, 未发现拱肋存在裂缝。在整个试验过程中对裂缝情况采用密贴钢弦应变计的方法进行监测, 监测结果表明, 密贴钢弦应变计应变测试值差异较大, 表明拱肋跨中出现裂缝 (卸载后裂缝基本恢复到试验前状态) , 同时应变及挠度测试结果均超出计算结果, 于是停止加载。加固后:在静载试验加载之前, 对试验跨梁体的裂缝情况进行了检查, 未发现有新裂缝。在静载试验中满载时, 再次检查试验跨梁体, 未发现有裂缝产生。

3 结论

加固前静载试验及分析结果表明:该桥的工作性能较差, 挠度和应变校验系数不能满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》的要求, 在试验过程中3跨跨中拱顶均出现新裂缝, 原有裂缝扩展较大, 试验桥跨的桥墩则未产生可观测到的沉降变位, 承载能力不能满足设计荷载等级的要求。加固后控制位置测点的挠度与应变的校验系数均小于加固前的校验系数, 加固工程取得一定的效果。

刚架拱进行增大面积, 即对拱肋外套U型钢模板, 然后再拱腿顶、底面增加15cm厚、侧面增加8cm厚C30自密实微膨胀混凝土和加强横系梁后对桥梁整体承载能力都有所提高。

摘要：本文以东莞市万江大桥主桥为例, 进行刚架拱增大面积后, 通过加固前后荷载试验对比, 承载能力得到提高。

关键词：钢筋砼钢架拱桥,荷载试验,承载能力

参考文献

[1]黎毅.某刚架拱桥加固设计计算与荷载试验研究[J].华南理工大学学报.[1]黎毅.某刚架拱桥加固设计计算与荷载试验研究[J].华南理工大学学报.

南通某斜腿刚架拱桥加固 篇7

关键词：斜腿刚架拱桥,检测,桥梁加固,粘贴钢板

1 工程概况

南通某桥为上承式斜腿刚架拱桥,桥梁净跨35m,矢高3.5m,桥梁设计荷载标准:汽-20,挂-100(1995年3月设计)。概貌如图1,主跨全长37.194m,计算跨径35m,计算矢高3.5m,矢跨比1/10。由两幅桥组成,每幅桥横向由4片混凝土拱片组成,拱片间由横系梁和微弯板连接形成整体。下部结构采用埋置式桥台,钻孔灌注桩基础,桩径120m。桥全宽22m,横断面布置为0.5m栏杆+10m行车道+1.0m中分带+10m行车道+0.5m防撞栏杆。桥梁下缘斜腿段为直线,拱片段为二次抛物线;桥梁上缘以主跨跨中为对称设±2%纵坡,竖曲线半径R=1280mm。1996年建成并投入运营。

2004年该桥实腹段出现多处裂缝,拱脚处主拱腿、斜撑均有不同程度的断裂、个别部位混凝土破碎,拱顶下挠超过10cm。业主对该桥作了限载处理,禁止卡车通行。2004年11月委托对其加固设计。

2 老桥检测及结果分析

2.1 检测内容

检测主要内容为桥梁外观检查、专项无损检测、线形测量和静动载试验。

桥梁外观检查:分上部结构、下部结构、桥面系和附属设施等几部分进行。包括混凝土开裂、破损、露筋、钢筋锈蚀、顺筋开裂、保护层脱落、受水浸蚀等病害的检查;重点检查结构受力裂缝。支座变形、脱空、老化开裂等;活动支座是否活动自如。桥面纵横坡是否平顺;桥面铺装有无波浪、车辙、坑槽、破碎、网裂、纵横缝;桥头是否平顺,有无沉降和挤压隆起。伸缩缝有无变形、破损、漏水、跳车、异常声响;螺栓螺帽松动;缝内是否堵塞;接缝处铺装有无破损。泄水管是否堵塞、残缺;桥面是否积水;桥下是否漏水。

专项无损检测:包括混凝土强度检测、碳化深度检测、钢筋位置及保护层厚度检测。其中:混凝土强度检测采用回弹法以及超声回弹综合法来评定混凝土的强度等级;混凝土碳化深度检测使用浓度为1%的酚酞酒精溶液和碳化深度测量仪器进行检测;钢筋保护层厚度检测采用RV10钢筋位置探测仪进行检测。

桥面线形测量:采用电子水准仪对桥面线形进行测量。

静载试验:通过对桥梁主要控制截面挠度和应变的测试,来评价桥梁的承载能力,挠度使用机电百分表和TDS303静态数据采集仪进行测试;应变使用钢弦传感器和BGK408钢弦频率仪进行测试。

动载试验:通过动载试验了解该桥在当前状态下的动力特性如自振频率、阻尼比以及固有振型;为今后桥梁养护、状态评估和健康检测提供基准参数。

大多数混凝土湿接头完好,刚架拱片上弦杆均有4～5条长40～50cm陈旧性贯穿裂缝;小节点、斜撑处裂缝横向已贯通,裂缝宽度0.2～1mm;拱脚,混凝土碎裂,多处箍筋锈蚀;全桥42道横系梁中,50%均有1～2道陈旧性垂直裂缝,裂逢宽度均达0.2～0.3mm,且有发展趋势;悬臂板露筋锈蚀;支座破损、开裂;伸缩缝堵塞;桥面大面积积水。

混凝土强度:主梁混凝土强度实测最小平均值为25.3MPa,设计为40号混凝土,混凝土强度满足设计要求。

混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度:混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度是评价结构耐久性的主要指标。实测箍筋保护层厚度最小平均值为26.3mm,保护层厚度偏小。实测拱片混凝土平均碳化深度为6.5mm,钢筋保护层厚度远大于碳化深度,说明钢筋没有因碳化而发生锈蚀。

桥梁跨中均有较明显下挠(约6cm),两幅桥中间下挠值大于两边下挠值。

实测荷载横向分布系数(最大值1.0)与理论计算的荷载横向分布系数(最大值0.73)差别较大,说明各拱片间共同受力的效果很差。

无论是跑车还是环境激励试验的频率值都略大于理论计算值,说明桥梁刚度满足要求。由随机子空间识别方法可以得出两桥的阻尼比分别为0.065和0.076,说明结构耗散外界能量输入的能力较差。

2.2 检测结果分析

随着交通量的增加及超载车的运行,使原本断面小、配筋较少的横系梁和刚架拱片发生贯穿裂缝,从而使刚架拱桥的整体稳定性能大大减弱成为危桥。因此,只要针对以上检测结果,对拱顶部位和上弦杆进行加强、加固,提高拱肋、拱顶的强度与刚度,再对断裂的一些关键部位的横系梁进行加固、加强,对断裂的微弯板重新设计施工,便可以使旧桥很快恢复使用功能,满足骤增的交通流量的需要。

3 加固前计算

针对拱顶下挠,桥台发生水平位移的情况,对原设计图进行重新建模计算,并根据《工程地质勘查报告》来验算桥台的抗滑稳定性。

3.1 计算假定

结构计算采用“桥梁博士”建模,取3.2m宽一片拱肋及桥面模拟成平面杆系,微弯板和混凝土桥面为二期恒载形成;拱肋、弦杆、斜撑、拱腿在刚接处设刚臂;桥台在台处与主梁梁底模拟成竖直方向的主从约束,在拱座处模拟成固结支撑;各横梁换算成节点荷载,栏杆带换算成桥面均布荷载。横向分布系数按杠杆法计算。

通过多次试算,在两桥台均位移2.3cm时,原结构拱顶下挠11.7cm,这与实际观测结果是较为接近的。

3.2 计算结果

(1)承载能力极限强度与裂缝宽度超限

由计算结果得知:实腹段拱顶14m范围内在桥台位移后承载能力极限强度不能满足要求,各计算截面均存在不同程度的裂缝,缝宽0.05～0.2mm。斜撑混凝土接头处承载能力极限强度不满足,裂缝宽度超过0.2mm。

(2)桥台水平抗力不足,抗滑稳定安全系数过小

因为实际情况下桥台位移已经超过6mm,桩基已经变成只能承受竖向力的人工地基。通过计算得:不计入基桩水平抗力的桥台Kc=0.686<1.3,则桥台抗滑不通过,必须对其进行加固处理。

4 加固思路与方法

4.1 加固思路

4.1.1 桥台基础加固

常用的加固方法为水泥灌浆加固法与扩大基础加固法。在该工程中由于采用扩大基础加固时,需要挖除已经压实的桥梁地基土不能充分利用原有的老桥基,且工程量大。而水泥灌浆法施工较为方便,根据以往工程经验,效果较好,故采用水泥灌浆加固法对桥台基础进行加固。

4.1.2 上部结构加固

(1)裂缝处理

在外部粘贴钢板加固前,先对已产生的宽度大于或等于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝,对宽度小于0.2mm的裂缝进行封闭处理。具体要求见《混凝土结构加固技术规范》附录二。

(2)粘贴钢板加固

常用的加固方法为外部粘贴钢板加固法与粘贴碳纤维布加固法。

由于粘贴碳纤维布造价高,结构破坏时强度不能充分发挥,结合本桥的实际情况,本设计采用外部粘贴钢板加固法。

4.1.3 其它

(1)上弦杆:对裂缝宽度大于0.2mm的上弦杆,检查支座是否脱空,对脱空支座进行处理后,在上下缘各贴二条钢板。

(2)拱脚:拱脚脱空处,先用水泥浆压浆,如有空隙再用环氧灌浆。

(3)更换损坏的伸缩缝,采用C40型刮钢伸缩缝。

(4)为方便排水,应增加泄水孔。

(5)交通组织:先施工西半幅,东半幅通行机动车和非机动车;西半幅加固处理完毕后,开放西半幅通行机动车和非机动车,关闭东半幅并进行加固处理。

4.2 加固方法

4.2.1 桥台基础加固

(1)放线布孔:

按设计要求进行垂直布孔,孔位交叉成梅花型布孔。第一批次压浆孔距0.924m,排距0.8m,计179孔;第二批次压浆孔距1.2m,排距1.04m,计20孔;第三批次压浆孔距1.2m,排距1.04m,计16孔。台后灌浆按照由外而内压注顺序。

(2)注浆材料配比:

注浆材料为P.0 32.5普通硅酸盐水泥,严格按要求配置浆液,并及时通过注浆泵向注浆孔内压浆,水灰比小于0.6,浆液搅拌时间大于60s,施工时要求随拌随用,确保浆液的粘度,密度及结石度。

(3)注浆压力、速率:

注浆压力为0.4～2.5MPa,具体由现场施工操作人员根据实际确定,并注意泵压力的变化,确定其注浆速度及孔的注浆量,力求压足、压实,并对可能出现的冒浆进行必要的处理,减少不必要的浆液流失。

4.2.2 上部结构加固

(1)主要材料

①钢板:建议采用厚度为5mm的热轧高耐候性结构钢(牌号09CuPCrNi -A),屈服强度343MPa,如钢板采购有困难时可用Q345钢板代替。粘贴钢板可采用JGN改性型粘贴剂,温度若低于15℃时,应采用人工加热,一般用红外线灯加热。

②普通硅酸盐水泥:桥头台后引道灌浆采用P.0 32.5普通硅酸盐水泥固化材料。

(2)构造要点

①拱肋:在拱顶的拱肋底面粘贴2层2条宽165mm、厚5mm的钢板,为确保外粘贴的钢板在受力时不撕裂,每25cm贴宽度为50mm、厚5mm的“U”钢板箍。

②斜撑:在混凝土接头处,四角贴4条宽为100mm、厚5mm的钢板。

③上弦杆:对裂缝宽度大于0.2mm的上弦杆,在侧面贴4条宽100mm、厚5mm的钢板。

④细部保护:为保护粘贴的钢板不发生锈蚀,在粘贴钢板及螺丝外刷一层镀锌油漆。

5 加固后计算

5.1 桥台基础

加固后,计算中考虑了原摩擦板、台后压密注浆加固土的静止摩擦力和台后静止土压力,桥台抗滑稳定安全系数为Kc= 1.54>1.3,桥台抗滑稳定性满足要求。

5.2 上部结构

5.2.1 计算说明

针对拱顶出现裂缝,拱脚已位移的实际情况,对上部结构重新进行极限强度和裂缝宽度验算。考虑到拱顶已经下挠,实腹段钢筋继续参加受力,则现状计算矢高取3.383m,比设计矢高(3.5m)少11.7cm,跨径也为35.046m。由于此时桥台已经发生位移,拱顶混凝土已经开裂,由强迫位移产生的混凝土拉应力已经释放,所以在计算时不再施加强迫位移,用变形后的拱轴线进行计算。

5.2.2 计算结果

实腹段拱顶在加固后承载能力极限强度能够满足要求。现取有代表性的两控制截面计算结果列于表1、表2:

注:上拉偏压、下拉偏压的R值为轴力。

注:上拉偏压、下拉偏压的R值为轴力。

6 结语

桥梁病害的生成虽然与原设计及使用年限有关,但目前超载超限车辆的增多,大量改装车辆的轴载增加,在一定的程度上存在对大量普通桥梁的破坏。

桥梁加固方案的选取及其经济合理性直接与桥型、桥梁受力特点、选用材料等密切相关,因此加固设计前要根据现场病害情况仔细分析其原因,找出最科学经济的加固办法。

该桥于2005年7月底加固结束通车,解决了交通“瓶颈”。至今已使用近3年多,通过详细检测,未发现不良变化,通过加固恢复其使用功能,实践证明本加固方案是合理可行的,发挥了较好的经济和社会效益。

参考文献

[1]JTG H11-2004,公路桥涵养护规范[S].

[2]叶见曙.结构设计原理[M].人民交通出版社,1996.4.

[3]郭永琛,叶见曙.桥梁技术改造[M].人民交通出版社,1991.4.

[4]杨文渊.桥梁维修与加固[M].人民交通出版社,1991.12.

[5]何柏春.用刚架拱加固改建双曲拱桥[J].公路,2001.5.

刚架拱桥病害分析及加固方案研究 篇8

钢筋混凝土刚架拱桥是在吸取双曲拱桥、肋拱桥、桁架拱桥、斜腿刚架等桥型优点基础上构思的新桥型, 其结构充分利用了结构的整体性能, 具有自重轻、工序少、吊装方便、整体性好、节省材料和劳力等优点, 有利于提高当时桥梁施工的机械化和装配化水平。1978年交通部公路研究所与无锡县公路局将研究成果首次应用建成鸭城桥和锡航桥后[1], 湖北省交通局公路管理局研究所依托杨河桥和苏塘桥对刚架拱桥的结构性能进行分析研究和荷载试验分析, 将刚架拱桥的应用进行了技术总结[2]。此后, 交通部公路研究所与湖南省交通勘察设计院对刚架拱桥进行系统设计, 在1983年提出了钢筋混凝土刚架拱桥设计通用图[3], 从此刚架拱桥在全国得到了普及应用推广。然而刚架拱桥是在我国改革开放初期的特殊国情下出现的新型轻型拱桥, 研制这种桥型的目的, 是在实用、安全、经济、美观的前提下, 尽量挖掘承载潜力, 优化结构及尺寸, 尽量减少材料用量, 以求最为经济。然而四十年来, 随着我国经济的快速发展, 公路交通量不断增加, 公路桥梁负荷日益加重, 故普遍存在桥梁承载力不足的情况。加之桥梁的不断老化、破损, 矛盾比较突出, 从而包括刚架拱桥在内的已建各种桥梁的病害也随之而来。另外, 刚架拱桥在具有诸多优点的同时也存在不少问题, 刚架拱桥一个显著的特点是自重轻、超静定受力复杂, 由此也带来一个致命的问题就是刚架拱桥的整体性较差, 导致横向稳定性不够。在刚架拱桥使用期间, 由于车辆的长期作用, 特别是超重车辆行驶, 以及外界各种因素的作用和影响, 导致桥梁结构产生病害, 如:微弯板开裂、断板乃至穿孔、塌陷, 桥面连续附近开裂, 拱脚开裂, 桥面大量开裂, 主拱肋节点、实腹段开裂、主拱肋负弯矩区开裂等, 有许多刚架拱桥已成为危桥, 严重影响车辆的正常运行。因此, 为保障道路畅通及行车安全, 对此类刚架拱桥的病害进行剖析, 并在此基础上进行必要的维修、加固、改造已势在必行、刻不容缓。

对刚架拱桥的加固, 根据现行桥梁加固设计规范及参考相关文献[4,5,6,7,8,9], 主要加固方法有外包混凝土法, 混凝土置换法, 粘贴钢板法, 粘贴碳纤维布法, 及体外预应力法, 在刚架拱桥加固施工中, 根据病害及加固部位受力特性, 可以选择相应的加固方法。本文依托江西省国道某刚架拱桥, 对其桥梁病害进行分析研究, 提出合适的加固施工方案对大桥进行维修加固, 提高刚架拱桥性能, 延长其使用寿命, 达到保障桥梁运营安全、节约社会资源的目的。

1 项目概况

石城县观背大桥位于206国道石城县境内, 横跨琴江, 中心桩号为K1812+004, 7×30 m钢筋混凝土刚架拱桥, 桥梁全长244.04 m。上部构造刚架拱下缘采用二次抛物线, 净矢跨比为f0/L0=1/8, 每跨上部结构由4片主拱片通过横系梁连成整体, 主拱片由实腹段、拱腿、斜撑及弦杆组成。桥梁设计标准为双向两车道, 桥面净宽为9+2×1.5 m, 设计荷载为汽车20, 挂车100, 人群荷载3.5 k N/m2, 桥面纵向平坡, 横向坡度1.5%。大桥建成于2003年, 已运营十余年。由于该桥采用“汽—20, 挂—100”老设计荷载标准进行设计, 且早年设计指导思想注重于材料的节省, 安全储备较低, 加上206国道交通量增长较大及县城基础建设加快影响, 老桥超负荷运营, 导致病害逐渐产生和发展, 严重影响到桥梁运营安全, 存在严重的安全隐患, 经过检测, 被评定为四类桥梁。为确保车辆和行人通行安全, 急需对206国道石城县观背大桥进行维修加固, 以适应现阶段公路安全运营及经济发展的需求, 观背大桥见图1。

2 大桥原有病害及原因分析

在对大桥检测评估中, 大桥的主要病害是主拱片和拱腿存在风化和开裂, 部分弦杆和拱片连接处 (大节点处) 有竖向、横向裂缝, 裂缝宽度最宽达到0.35 mm。部分拱片实腹段出现竖向裂缝, 最宽达到0.24 mm, 微弯板部分破损, 甚至出现塌孔等严重病害。横系梁出现有竖向裂缝, 裂缝最宽达到0.2 mm。由于主要受力构件出现严重病害, 严重影响到桥梁的运营安全。大桥的其他构件如桥面铺装、人行道及护栏、桥面伸缩缝、桥台搭板、桥台等均出现了比较严重的病害, 严重影响了桥梁的使用性。

结合大桥的主要病害特征, 结构形式和养护及运营情况, 上部结构病害产生主要原因是:

1) 刚架拱桥结构轻巧, 尺寸偏小, 斜腿、拱腿与弦杆、实腹段的连接强度不足, 横系梁相对薄弱, 因此在超载车辆作用下, 结构出现较大裂缝, 特别是在节点处、实腹段跨中位置及横系梁跨中位置比较容易出现裂缝。

2) 微弯板比较薄弱, 结构内配筋少, 强度较低, 在重车作用下, 微弯板出现开裂、断板甚至塌陷严重情况。

3) 横系梁截面尺寸较小, 主拱肋横向联系薄弱, 导致出现偏载作用时, 受力一侧主拱片承担弯矩远大于其他主拱肋, 加剧了结构病害的发展, 因此对本桥的维修加固, 主要针对受力构件的修复及加固进行, 使加固后的桥梁满足现行设计荷载及规范的要求。

3 桥梁加固方案

大桥加固的重点和难点在于拱肋、系梁和微弯板, 对桥台、桥面铺装、桥头搭板、护栏等结构按照规范常规作业即可完成。对主拱肋的加固采用外包混凝土方案, 首先对外露钢筋进行除锈, 并涂抹环氧树脂增强钢筋与新混凝土的粘结能力;然后对宽度大于0.2 mm的主拱片裂缝采用化学灌浆法进行修补;对拱腿、实腹段底部及两侧分别外包15 cm和10 cm厚C40混凝土, 增强主拱片的整体抗弯性能, 以提高主拱片的承载能力;对弦杆及斜撑均外包10 cm厚C40混凝土以增强其抗剪能力;对横系梁外包10 cm厚C40混凝土, 并在桥宽方向设置通长钢筋与主拱片纵向钢筋焊接, 并在斜撑增加一道横系梁, 加强横向联结, 以达到均布活载, 增加主拱片横向整体性和抗扭刚度的作用。

方案的施工要点:由于大桥杆件较为薄弱, 因此在大桥任何部位加固作业中, 不允许使用大型机械设备, 应由人工进行凿除或挖除, 以免对桥梁拱肋及微弯板产生新的损伤;采用钢筋混凝土套箍外包弦杆、实腹段、斜撑、拱腿及横系梁技术对刚架拱桥进行加固, 具体施工工序见图2, 外包混凝土施工过程中尤其需要注意的是锚固钢筋的植筋质量和混凝土的浇筑质量, 这也是本桥加固的最大难点, 需要由专业队伍和专业技术人员实施, 方能保证施工质量。大桥为连拱结构, 对上部构造的加固施工必须严格执行平衡加固施工作业程序, 对单孔加载施工顺序如图3所示, 各项工程都应由拱脚至拱顶对称平衡加载作业施工, 相邻两跨平衡加载施工要求, 只允许相差一个施工加载阶段。

4 加固方案计算分析

4.1 计算目的

根据观背大桥设计图纸及加固设计图纸, 对加固设计方案进行配筋验算, 确保加固方案能满足大桥持久状况承载能力极限状态和正常使用极限状态要求。

4.2 结构模型

采用MIDAS进行结构模型分析。考虑原桥结构施工顺序, 按由拱腿→实腹段→拱肋系梁→斜撑→斜撑系梁→弦杆→弦杆系梁→微弯板及填平层施工→体系转换→桥面铺装及附属结构施工顺序进行。根据刚架拱桥定型图设计说明, 建立单片拱肋模型, 系梁、横隔板按照等效节点荷载替代, 并在对应工况施加。边界条件按照施工顺序的边界进行转换。桥梁加固按照拱腿、弦杆、实腹段、系梁、横隔板、桥面铺装顺序进行。因此在模型中, 体系转换完成后, 按照加固施工顺序, 将加固部分混凝土计算其重量, 按均布荷载施加到结构上。人行道板不参与受力, 计算其重量, 按照均布荷载形式施加到结构上。温度荷载、人群荷载、车辆荷载按照规范进行计算。横向分布系数按照刚架拱桥定型图中给定的横向分布系数进行计算。桥面铺装对结构的贡献分两种情况:

1) 考虑桥面铺装对承载能力的贡献, 模型中考虑其刚度及重量;

2) 不考虑桥面铺装对承载能力的贡献, 在模型中仅考虑其重量, 材料弹性模量按照1/100取值, 结构模型如图4所示。

4.3 计算结果

加固方案计算结果如表1所示。

4.4 截面抗力计算

截面配筋率超过钢筋混凝土最低含筋率要求, 偏心距不受影响, 因此正截面强度按照钢筋混凝土截面计算。参考拱桥下沉及通用图说明, 桥面参与结构受力。根据保守计算, 大节点按T形截面单筋计算, 桥面配筋为承受负弯矩钢筋, 钢筋按照桥面配筋计算, 梁高2.28 m, 宽度3.2 m, 按照C30计算, 大节点处截面抗力为2 791 k N·m。跨中截面按T形截面计算, 按单筋截面计算, 仅考虑新增加钢筋, 计算结果为664.837 k N·m。拱腿拱脚截面按照双筋截面计算, 计算结果为948 k N·m。因此按照配筋, 验算通过公路—Ⅰ级持久状况承载能力极限状态的要求。

5 结语

本文对刚架拱桥的发展情况进行了调研, 对刚架拱桥的病害进行了调查和分析, 根据刚架拱桥受力特性和病害产生的情况, 针对性的提出了外包混凝土加固拱肋施工方案, 提出了方案的施工重点和难点, 并对大桥的加固方案进行了受力分析, 结果表明外包混凝土加固施工方案能够满足要求, 为以后类似项目提供项目参考。

摘要：以某7孔30 m跨径刚架拱桥为工程背景, 对其病害进行了分析研究, 并根据研究结果, 提出了加固施工方案, 分析了加固方案的难点和重点, 同时对加固施工过程进行数值模拟分析, 结果表明外包混凝土加固拱肋方案满足大桥承载能力要求。

关键词：刚架拱桥,外包混凝土,加固,植筋

参考文献

[1]交通部公路研究所.刚架拱桥[Z].1998.

[2]湖北省公路局研究所.刚架拱桥试验研究[Z].1981.

[3]交通部公路研究所, 湖南省交通规划勘察设计院.钢筋混凝土刚架拱桥定型设计图[Z].1983.

[4]顾安邦, 孙国柱.公路桥涵设计手册拱桥 (下册) [M].北京:人民交通出版社, 1988.

[5]JTG/T J22-2008, 公路桥梁加固设计规范[S].

[6]JTG/T J23-2008, 公路桥梁加固施工技术规范[S].

[7]胡钊芳.加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究[J].南昌大学学报 (工科版) , 2002 (1) :101-102.

[8]衣海明.刚架拱桥加固机理研究及加固效果评价[D].济南:山东大学硕士学位论文, 2010.