某圬工拱橋承載能力驗算分析

胡開建，祝孝成

(河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450006)

1 工程概況

某圬工拱橋位于省道干線公路上，該橋建于1995年，該橋跨徑為1 m×20 m，橋梁總長度為45 m，橋面總寬為9 m，實測拱圈厚度為0.7 m，其中矢高為4.9 m，矢跨比約1/4，該橋原設計荷載為汽車-15級，現通行荷載為公路-II級。經過檢查，該橋橋面鋪裝層存在橫向裂縫；橋面雜土填積；泄水孔堵塞；橋面鋪裝局部存在網裂。拱圈下部滲水析堿；勾縫局部脫落。橋下垃圾掩埋；1#臺基礎左側側墻距拱腳處縱向裂縫；1#臺基礎左側拱腳處側墻勾縫不密實。0#臺處錐坡雜草掩蓋、大面積破損，1#臺處錐坡雜草掩蓋、大面積破損。該橋橋梁技術狀況評定為三類橋。

2 計算模型及方法

該橋的計算模型采用midas Civil2012有限元軟件建立，見圖1所示。該橋主拱圈共有32個單元，33個節點。該模型，分別建立了拱圈、橋面板單元，邊界條件中，對拱腳節點進行了相關約束模擬。驗算荷載采用公路-Ⅱ級，對結構的強度和穩定進行了極限承載能力驗算。橋面鋪裝混凝土重力密度γ=25.0 KN/m3。

圖1 有限元模型

3 驗算結果

3.1 拱頂處計算結果

(1)拱圈截面強度驗算

拱頂處17#節點計算結果如下表1中所示：軸力Nd單位KN，彎矩Md單位KN·m。

表1 拱頂控制截面內力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmax

依據規范相關條文進行強度驗算，此驗算暫不考慮拱橋穩定的影響。

=0.504

A=bh=6.65 m2φAftd=14 143.8 KN>4 258.4 KN，滿足規范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmin

依據規范相關條文進行強度驗算，此驗算暫不考慮拱橋穩定的影響。

=0.940

A=bh=6.65 m2φAfcd=26 379.2 KN>4 962.5 KN，滿足規范要求。

(2)拱圈整體“強度—穩定”驗算

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmax

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規定需按照下列公式進行強度—穩定計算，此驗算考慮拱橋穩定的影響。

=0.272

A=bh=6.65 m2φAfcd=7 633.1 KN>4 909.4 KN，滿足規范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmin

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規定需按照下列公式進行強度—穩定計算，此驗算考慮拱橋穩定的影響。

=0.669

φAfcd=18 774.1 KN>4 909.4 KN，滿足規范要求。

3.2 拱腳處計算結果

(1)拱圈截面強度驗算

拱腳處1#節點計算結果如表2中所示：軸力Nd單位KN，彎矩Md單位KN·m。

表2 拱腳控制截面內力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmax

依據規范相關條文進行強度驗算，此驗算暫不考慮拱橋穩定的影響。

=0.629

A=bh=6.65 m2φAfcd=17 651.6 KN>6 004.6 KN，滿足規范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmin

依據規范相關條文進行強度驗算，此驗算暫不考慮拱橋穩定的影響。

=0.993

A=bh=6.65 m2φAfcd=27 866.6 KN>6 857.3 KN，滿足規范要求。

(2)拱圈整體“強度—穩定”驗算

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmax

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規定需按照下列公式進行強度—穩定計算，此驗算考慮拱橋穩定的影響。

=15.243

=0.378

A=bh=6.65 m2φAfcd=10 607.8 KN>6 004.6 KN，滿足規范要求。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmin

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.5、4.0.6、5.1.4條中的規定需按照下列公式進行強度—穩定計算，此驗算考慮拱橋穩定的影響。

=15.243

=0.721

A=bh=6.65 m2φAfcd=20 233.4 KN>6 857.3 KN，滿足規范要求。

(3)拱腳截面直接抗剪驗算

拱腳處1#節點計算結果如下表3中所示：軸力Nk、剪力Vd單位KN。

表3 拱腳控制截面內力

①工況1、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmax

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.13條中的規定需按照下列公式進行抗剪計算。

②工況2、1.2×恒載+1.4×公路—II級Mmin

根據《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005)4.0.13條中的規定需按照下列公式進行抗剪計算。

4 結 論

通過對該圬工拱橋進行驗算分析，得出以下結論：目前該橋極限承載能力尚能滿足公路—Ⅱ級汽車荷載要求，但是安全儲備不大。建議維持原設計荷載。并按交通運輸部《關于進一步加強橋梁養護管理工作的通知》相關文件進行限載。