雙曲拱橋加固設計與力學性能改善探討

陳通江

（貴州省黔東南州交通建設工程質量監督站，貴州 黔東南州 556000）

1 工程概況

某雙曲拱橋建于1972年，運營時間達38年，設計荷載為汽-13、拖-60。全橋總長155.5m，跨徑組合3×30mm，橋面凈寬7.0m+2×1.3m（人行道），主拱圈為6肋5波左右各懸半波。橋跨結構構造如圖1。

圖1 橋跨布置圖

2 橋梁病害狀況

2.1 各拱肋主要病害為蜂窩麻面，縱向裂縫，混凝土剝落、露筋、銹蝕等。

2.2 各跨拱波均有6～7條縱向裂縫，有滲水和白色晶體析出，最大裂縫寬度1.2mm，裂縫超長超寬。

3 加固設計要點

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”的方式組合成承重的整體結構。根據檢測資料，對舊橋進行加固：

3.1 拱背：在拱背增加鋼筋砼12cm厚。

3.2 主拱圈：在拱肋兩側面及底面均加厚20cm砼；在兩橋臺前4米范圍內現澆拱肋底板20cm厚。

4 加固設計驗算及有限元模型分析

4.1 適用規范及驗算荷載：

適用規范及荷載：采用《橋通規D60》、《圬橋規D61》，公路Ⅱ級。

圖2 有限元計算模型

恒載+公路Ⅱ級Mmax+溫升、

恒載+公路Ⅱ級Mmin+溫升、

恒載+公路Ⅱ級Mmax+溫降、

恒載+公路Ⅱ級Mmin+溫降。

4.2 有限元分析及模型建立

4.2.1 模型建立及荷載模擬

本文以橋梁主跨為例，采用Midas/civil建立平面梁單元模型，計算模型如圖2所示。

4.2.2 截面特性及荷載定義

截面高度h=1.0m，截面型心y上=0.75m、y下=0.25m；w上=0.0936m3、w下=0.2808m3。二期恒載：人行道、橋面鋪裝合計75KN/m計算。

4.2.3 模型計算結果

①承載力驗算：計算各控制截面在恒載、活載及溫度荷載作用下的內力結果。按四種荷載組合取最不利組合，組合結果如下表1。

表1 最不利荷載組合結果

該橋主拱圈加固前富余量不足截面，在加固后得到顯著提高，各控制截面在最不利荷載組合下有較大的富余量，加固后可滿足公路Ⅱ級要求。

②基礎應力驗算：

經計算，加固后最不利工況下的應力最大增量為0.23MPa。因原橋地勘數據缺失，無法計算加固后地基應力值。從現場勘查并查找相關規范，該橋地基巖石容許承載力大于4.0MPa，遠大于加固后應力增量。

5 結論

本文針對雙曲拱橋主要特點，通過增大主拱圈截面，將拱肋與拱波連成整體，共同完成了跨越與承載的功能，以克服雙曲拱橋“結構組成劃分過細，整體性能差，容易出現裂縫”的弊病，有效地提高主拱圈的整體性；為抵抗拱腳較大的負彎距，增大了拱腳處拱背混凝土厚度，明顯改善了拱腳受力，從而改善主拱圈受力性能；采用換填輕質填料的方法，減輕原橋上部構造的恒載，改善原橋受力狀況，提高承受活載的能力。

總之，在采用現行規范要求下，該橋加固成果滿足荷載等級公路Ⅱ級的承載能力要求，明顯提高雙曲拱橋的整體性，加固效果顯著。說明該加固設計方案是可行的，對目前我國病危雙曲拱橋的加固分析和設計具有一定的借鑒意義。

[1]周建庭,張勁泉,劉思蒙.大中型橋梁加固新技術[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]諶潤水,周錦中.雙曲拱橋加固改造成套技術[M].北京:人民交通出版社,2009.