探討舊橋改建加固的問題

黨淑清 李興旺 魏香斌

(甘肅博通工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730000)

探討舊橋改建加固的問題

黨淑清 李興旺 魏香斌

(甘肅博通工程咨詢有限公司,甘肅蘭州 730000)

對拱的合理拱軸線進行分析和公式推導,并列舉兩座大橋(m=1及m＞1)實例,以作參考。

拱軸系數 等代荷載

使拱各截面上只有軸向力而無彎矩及剪力的拱軸線，叫合理拱軸線。因此不論是三鉸拱還是兩鉸拱及無鉸拱(不考慮其彈性壓縮的影響)就受力情況來說是無區別的。下面就橋梁上常見的垂直荷載，推導出其合理拱軸線。對于拱橋，大致可分為兩種基本的型式，即實腹式拱橋和空腹式拱橋。前者拱上結構對拱的作用，相當于連續的分布荷載作用如圖1所示，而后者相當于若干集中的外荷載。

1 連續分布荷載作用下,合理拱軸線的計算(實腹式拱橋)

如圖2所示，若拱軸為合理拱軸線，在截面1及2就無彎矩及剪力，且沒有水平分力，因此N1、N2的水平分力(方向相反)就必須相等。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

(2)當m＞1時，合理拱軸線為懸鏈線，線型方程式為：

注：由于紙面所限，公式推導部分均略

2 一組集中荷載作用下,合理拱軸線的計算(空腹式拱橋)

從理論上分析空腹式拱橋，其合理拱軸線應為折線型，因為代梁的彎矩圖M0是折線，但實際上仍然建造成曲線型，從折線型改成曲線的原則是：

(1)使曲線型的拱軸線有五點與折線型的拱軸線相符合。這五點是：拱頂一點、拱腳兩點、及左右點(yr)。

(2)具體作法：空腹拱橋的上部恒載(半跨)對拱腳彎矩∑M及對跨處的彎矩∑M的比值， 因為合理拱軸線：的比值，在拱軸曲線計算表格中(拱軸座標表)，當ξ=0.5時查得與相近的值即采用同一橫列內的m值來決定拱軸線，即得一曲線型的拱軸線。

應當說明的是；折線型合理拱軸線，改為曲線型拱軸線，只有五點處兩線型相符，因此在相應荷載作用下，拱截面上除了軸力外，還有一定值的彎矩及剪力。還應指出，空腹式拱橋軸線所對應的m，僅被當作拱軸系數在用，若仍像在實腹式拱橋中被認為是那就無意義了。

3 算例一:m＝1

橋面凈寬：凈8．5+2×1．25m(人行道)

該橋為一下承式鋼管混凝土系桿拱橋，一側拱肋為啞鈴式鋼管(圖4)，它由兩個d=70cm壁厚1．4cm鋼管組成，鋼管內填充C50混凝土。

(1)首先分析：在每吊桿處均承受相同恒載，故拱肋承受均勻荷載，可視為m=1的拱橋，其拱軸線方程為：水平推力為：

一孔橋上部結構自重：

汽-20等代荷載Hmax時： q汽-20=1.381[

注]： q人=0.35× 1.25=0.4375，[

注]：拱腳處 φ =38.66°，因

(4)一側肋鋼管砼截面積(圖5)

式中：砼為C50， Ra=28502，E2=3．5×104Mpa；

鋼管為16Mn，E1=2×105Mpa；

(5)驗算鋼管砼安全度(圖6)。

由于拱肋具上橫系梁控制可不考慮橫向穩定性，僅驗算縱向穩定性即可。

鋼管：

計算長度 l0= 0.36l(無鉸拱)， l0=0.36×80=28.8m，查鋼筋砼軸心受壓構件穩定系數表 φ=0.96則

若按2004年新規范：

4 算例二:m＞1

某雙曲拱大橋上部構造為空腹式無鉸拱，主拱圈為等截面懸鏈線無鉸拱，拱軸系數m=2．24。

(1)凈跨l0= 50m ，矢跨比

(2)主拱圈厚為1．01m，主拱圈全寬為17．8m，由8肋7波和兩個半懸波組成。

(3)橋面全寬20m，凈14m+2×3m(人行道)。

(4)設計荷載：汽車—20級，掛車—100人群荷載：350kg/㎡。

(5)全橋共有6個腹拱組成，腹拱凈跨l1= 5m，矢跨比腹拱圈厚為20cm。

關于雙曲拱橋構造圖(包括縱向、橫向橫斷面見圖7、圖8、圖9)。

對于拱橋計算按下面幾個步驟進行。

4.1 首先驗算原布設空腹式無鉸拱拱軸系數m值是否正確(若m值相差較大時需重新布設拱上結構)

[注]：如圖10所示，當求M0時，P6包括在P7中，因為主拱圈L/2段自重為P7，而主拱圈L/4段自重為P6

證明：m值與原假設值相同(具體試算部分略)

4.2 驗算拱腳處的斷面應力值(取一個單元寬2.24m計,∵1.74+0.5=2.24m)

按懸鏈線無鉸拱內力計算

(1)求拱腳處主拱圈拱軸線與水平夾角φ值(ξ=1)。

(2)拱頂處。

經計算：主拱圈一個單元斷面：F=0．874㎡

2)q人=0.35×2×=0.26(人行道寬2×3m，主拱圈橫斷面由8個單元組成)

3)q活=1.5692汽—20，按Hmax及相應的M，V等代荷載(有加重車)

整個橋橫斷面按4車道(雙向行駛計)共8個單元，按均布考慮：所以每個單元q汽-20=×1.5692=0.785

6)拱頂處主軸力N=H

(3)拱腳處。

3)主拱圈砼為C-20，設計強度R=11. 0Mpa=0.11

2=110k

2

amm

4)驗算應力的安全度

[1]拱橋設計計算手冊[M].北京:交通部公路設計院編,1992．

[2]姚玲森．橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,1999．

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[4]JTGD60-2004.公路橋涵設計通用規范[M].北京:人民交通出版社,2004．

[5]JTGD61-2005.公路圬工橋涵設計規范[M].北京:人民交通出版社,2005．

[6]JTGD62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[M].北京:人民交通出版社, 2004．

[7]邵旭東,程翔云.橋梁設計與計算[M].北京:人民交通出版社,2008．

[8]JTG/T J23---2008公路橋梁加固施工技術規范[M].北京:人民交通出版社,2008．