空腹式钢筋混凝土拱桥拓宽加固新方法.pdf

第 3 2卷第 1 期 2 0 1 6年 2月 公路交通技术 T e c h n o l o g y o f Hi g h wa y a n d Tr a ns po r t Vo l _ 3 2 N0 1 F e b 2 01 6 D O I ： 1 0 1 3 6 0 7 j c n k i g l j t 2 0 1 6 0 1 0 2 0 空腹式 钢筋混凝土拱桥拓宽加 固新方法 庄 家智 ， 毛久群 ( 1 重庆市设计院，重庆4 0 0 0 1 5 ； 2 重庆能源职业学院， 重庆4 0 2 2 6 0 ) 摘要： 针对空腹式钢筋混凝土拱桥拱上建筑存在严重病害且需要拓宽加固的情况， 探讨一种将拱式腹孔改为梁式 腹孔的加固措施。以重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥为依托， 分析、 比较采用该方法加固前后拱脚、 1 4 L截面、 拱顶截面的力学特性， 并阐述其主要施工步骤。 关键词 ： 钢 筋混凝 土拱桥 ； 拓 宽加 固； 拱上建筑 ； 应 力 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 9 0 0 4 中图分类号 ： U 4 4 8 2 2 文献标识码 ： B Ne w Me t h o d f o r W i d e n i n g a n d Re i n f o r c i n g Ho l lo w Re i n f or c e d Co n c r e t e Ar c h Br id g e s Z HUANG J i a z h i MAO J i u q u n Abs t r a c t ：I n a l l u s i o n t o s e rio us d i s e a s e s i n a r c h i t e c t ur e s o n h o l l o w r e i n f o r c e d c o nc r e t e a r c h b rid g e s a n d t h e n e e d o f wi de n i n g a n d r e i n f o r c i n g， t hi s pa p e r p r o be s i n t o a r e i n f o r c i n g me a s u r e t h a t mo di fie s a r c h g a s t r o p o r e s i n t o b e a m g a s t r o p o r e s D e p e n d e n t o n Wu j i a n g R i v e r H o l l o w R e i n f o r c e d C o n c r e t e A r c h B ri d g e i n P e n g s h ui ，Ch o n g q i n g，t h i s pa p e r a n a l y z e s a n d c o mp a r e s t h e me c ha n i c a l c h a r a c t e ris t i c s o f f r o n t a n d r e a r a r c h s up p o rts 。1 4L c r o s s s e c t i o n a n d a r c h c r o wn s e c t i o n r e i n f o r c e d i n t h i s me t ho d，a n d e x p a t i a t e s ma i n c o n s t r uc t i o n s t e p s Ke y wo r d s：r e i n f o r c e d c o n c r e t e a r c h b rid g e；wi de n i n g a n d r e i n f o r c i n g；a r c h i t e c t u r e o n a r c h；s t r e s s 目前， 我国早期修建的相 当数量的空腹式钢筋 混凝土拱桥已出现了不同程度的老化和损坏 ， 其 中相当一部分桥梁已不能满足现有通行及承载能力 等要求 J ， 必须进行维修改造或拓宽加 固以消除安 全隐患， 满足桥梁使用要求 。本文针对空腹式钢筋 混凝土拱桥存在严重病害且需要拓宽加 固的情况 ， 探讨一种将拱式腹孔改为梁式腹孔 的加固方法 。该 方法通过减轻拱上建筑重量来降低主拱圈的应力水 平 ， 对主拱圈进行局部加强并改善其 内力分布 ， 以从 根本上解决 目前拱上建筑和桥面系的诸多病害 ， 改 善桥面的通行条件及人行道的通行能力。该方法 已 成功运用于重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥 ， 并取得了良好 的社会和经济效益。本文以该桥为依 托 ， 分析 、 比较 采用该方法加 固前后拱脚 、 1 4 L截 面、 拱顶截面的力学特性 ， 介绍该方法的主要施工步 骤， 以期对同类桥梁的维修和拓宽加固提供参考。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 71 5 作者简 介： 庄家智 ( 1 9 8 3一) ， 男 ， 重庆市人 ， 硕士 ， 工程师。 1 桥梁病害状况 1 1工程概 况 重庆彭水 乌江空腹式钢筋 混凝 土拱桥于 1 9 7 4 年 5月建成通车 ， 上世纪 9 0年代对桥道系进行了局 部改造 。该桥全长 2 7 5 4 0 m， 桥面净宽 9 m( 净 7 m ( 车行道)+ 2 X 1 0 m( 人行道) ) 。主桥上部结构为 2孔跨径 1 0 0 m、 矢跨 比 1 7的预制 吊装箱形拱 ( 5 段吊装) ， 下部结构为扩大基础实体 墩 台。桥梁 总 体布置如图 1 所示。 1 2现场病害调查 对重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥进行了 现场病害调查 ， 调查结果表 明， 乌江空腹式钢筋混凝 土拱桥主拱多处出现混凝土泛 白； 保护层薄弱处钢 筋锈蚀膨胀， 致使局部保护层混凝土被胀裂脱落 ， 纵 向钢筋外露 ； 拱圈未发现明显裂缝。由于石料风化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 庄家智 ， 等 ： 空腹式钢筋混凝土拱桥拓宽加 固新方法 9 1 ( b 、 = 些 = 墼堕 l ： 2o 0 l ： 2 00 单 位 ：C t1 1 图 1 桥 梁总体 布置 及后期超负荷等原因， 导致石砌拱上建筑病害严重 ， 即 ： 腹拱圈出现不 同程度 的横 向裂缝 ， 裂缝宽 18 mm， 如图 2所示 ； 拱上横墙 ( 立柱 ) 受雨水 冲刷 ， 渗 水严重 ； 由于横墙 ( 立柱 ) 抗剪能力不足以承受腹拱 水平推力 ， 造成部 分拱 上横墙 ( 立柱 ) 出现纵 向错 动、 偏位， 砂浆砌缝出现不同程度脱落。外观检查、 特殊检查及荷载试 验测试结果表 明， 该桥 目前 总体 工作状态较差 ， 腹拱圈在荷载作用下挠度变形过大 ， 不满足使用要求 。因此 ， 必须对拱上横墙 ( 立柱) 进 行彻底修补和加固处理， 以加强其刚度， 提高结构的 整体工作性能。 图 2 腹 拱风化及纵横 向裂缝 2加固方案 为提高重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥的 极限承载能力和结构的整体性 ， 根治主要病害 ， 制定 了如下加固方案 ： 拆 除原有桥面系 、 原有腹拱结构和 横墙 ， 新建钢筋混凝土梁式腹孔及桥面系， 且人行道 加宽至 2 m。采用该处治措施后 ， 拱上建筑重量减 少 ， 从 而可减少桥梁主拱 的负载 ， 提高桥梁活载通行 能力。 该桥加宽总体布置见图 3 。将原石砌拱式拱上建 筑改建为钢筋混凝土梁式拱上建筑。人行道加宽后， 桥面布置为 ： 净 7 m( 车行道) + 2 x 2 0 m( 人行道) 。 3力学特性分析 为验证上诉加固方案是否安全 、 可行 ， 对桥梁加 固前后的受力状态进行了模拟分析， 并用桥梁博士 3 0进行计算。由于 旧危桥存 在病 害 ， 致使结构 内 部的内力与原设计状态不 同， 因此进行有限元分析 时应按实际情况建立适当的有限元模型来反映病害 对重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥结构受力的 影响 。模型参数处理如下。 1 )拱轴线 变形影 响。由于主拱圈的变形使得 拱轴线与设计拱轴线存 在较大偏离 ， 其对主拱圈的 受力会产生很大影响 ， 因此应按实测拱轴线建模 。 2 )加 固前腹拱 圈开裂及破损影 响。根据列分 统计和石砌腹拱风化情况统计数据 ， 对腹拱圈的弹 性模量进行适当折减。 3 )主拱圈病害影响。由于主拱圈并未发现明 显裂缝 ， 故建模过程 中仅对主拱圈混凝土强度轻微 折减 ， 不对其弹性模量进行折减 。 加固前后桥梁有限元模型如图 4所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 第 3 2卷 ( a ) 桥梁立 面布置 j 一 L I 2 一 乙 8 网 半 H 一 截面 半 一 m截面 ( )I 1 一 n和 玎 1 一咀 截 面的半剖面 单位：( ! LT I 图 3 加 固后桥梁总体构造 ( a ) 加同前 ( b) 加 固后 图 4 桥梁有限元模型 设计荷载考虑 以下 3个荷载工况。 荷载组合 I： 恒载 +汽 一 2 O+ 人群。 荷载组合 ： 恒载 +汽 一 2 0+ 人群 +温度。 荷载组合： 恒载 + 挂 一 1 0 0 。 本文用 R n表示结构抗力 ， 表示结构内力 ， 效 应值 n= R n N j ， R n与 的比值越大则表示结构越 安全。重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥加固前 后 R n N j比较如表 1 所示。 表 1 重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土 拱桥加 固前后 R n N j 比较 注 ： 为桥梁计算跨径 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 庄家智 ， 等 ： 空腹式钢筋混凝土拱桥拓 宽加固新方法 9 3 经模 型分析 ， 发现采用该方 法改造拱上建筑结 构后 ， 原拱上建筑重量减 轻了约 2 5 ， 对主拱 圈具 有减载作用 。 同时 ， 由表 l可以看 出， 除拱顶截面在荷载组合 下加 固后 n值有所下降外 ， 其他截面都呈上 升趋 势 ， 说明加 固后结构的可靠性增加 ； 加 固后拱顶截面 在荷载组合 下 值虽有所下降但值 均大于 2 ， 说 明结构有足够的富裕度 ； 在拱脚部位 ， 解决了在荷载 组合 I 及 下原桥承载能力不足的问题 。 综上所述 ， 原桥具有严重病害的拱上建筑被钢 筋混凝土简支腹孔取代后 ， 从根本上解决 了 目前拱 上建筑和桥面系的诸多病害。 4主要施工步骤 4 1 主拱圈病害处理 为保障施工时桥体结构和施工人员的安全， 保 证加 固效果达到预期 目标 ， 在对该 桥主拱 圈进行病 害处理时 ， 采取全桥封 闭方式施工l 5 。在拱上建筑 改造前 ， 先对主拱圈的局部病 害作如下处理。 1 )对于结构表 面存在 的蜂窝 、 麻面、 混凝土剥 落、 掉块、 缺损、 凹陷等缺陷， 首先将缺陷部位表层的 松散混凝土全部凿除 ， 露出新鲜混凝土 ， 然后对缺陷 部位的外露钢筋进行人工除锈 ， 并将混凝土表面清 理干净 ， 用环氧混凝 土( 或环氧砂浆 ) 对缺陷部位进 行修补 。 。 。 2 )将拱背上滋生的杂草 、 灌木进行彻底清理。 4 2 拱上建筑改造的主要施工步骤 根据重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥病 害 及实际受力状况 ， 结合计算分析及施工工艺要求 ， 加 固施工时应严格按 以下步骤进行 ， 且每个步骤中必 须遵循对称原则 。 第 1步 ： 依次拆除原桥栏杆 、 路缘石 、 人行道板 、 桥面铺装。 第2步： 依次拆除原桥拱式腹孔。 第 3步 ： 依次拆除原桥立墙并对主拱进行修补。 第 4步 ： 设计顺序浇筑垫墙 。 第 5步 ： 浇筑拱上立柱至盖梁底面。 第 6步 ： 安装盖梁。 第 7步 ： 安装行车道板。 第 8步 ： 安装栏杆、 路缘石 、 人行道板 ， 施工桥面 铺装 、 排水设施及其它附属设施。 进行各构件各部位加固前， 应对加固面的缺陷 和破损进行修复 J 。 5结束语 本文针对拱上建筑病害严重 、 整体性能差 ， 且需 拓宽加固的空腹式钢筋混凝土拱桥 ， 探讨一种将拱 式腹孔改为钢筋混凝土梁式腹孔 的方法 ， 并用桥梁 博士 3 0进行有限元分析 ， 验证 了其安全性和可行 性 。采用该方法对重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土 拱桥进行彻底改造 ， 从 而可从根本上解决 目前拱上 建筑和桥面系的诸多病害， 显著改善桥面的通行条 件及人行道 的通行能力 ， 且无耐久性隐患。 该方法在重庆彭水乌江空腹式钢筋混凝土拱桥 中的成功应用可为同类桥梁拓宽加 固提供参考。 参 考 文 献 1 邢秀清 石拱桥常见桥型与病害分析 J 山西建筑， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 2 ) ： 3 3 43 3 5 2 云岭， 蒙 云 粘贴钢板法在石拱桥加固中的应用 J 重庆交通大学学报， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 增) ： 2 2 2 4 3 周志祥， 贺鹏 ， 赵灿晖 大跨度双曲拱桥维修加固研 究 J 重庆交通学院学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 3 ) ： 1 4 4 蒙云， 卢波 桥梁加固与改造 M 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 5 5 H I N D O K R I n 2 p l a c e B o n d T e s t i n g a n d S u r f a c e P r e p a r i o n o f C o n c r e t e J C o n c r e t e I n t e rna t i o n a l ， 1 9 9 0( 4) ： 4 6 48 6 A U S T I N S ， R O B I N S P， P A N Y G T e n s i l e B o n d T e s t i n g o f C o n c r e t e R e p a i r s J Ma t e ri a l and S t r u c t u r e s ， 1 9 9 5 ， 2 8 ( 3 ) ： 2 4 9 2 5 9 7 顾安邦， 范立础 桥梁工程 M 北京 ： 人 民交通出版 社 。 1 9 9 9 8 廖碧海， 王国鼎 拱桥加固新方法的研究及应用 J 公路 ， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 3 4 3 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m