山区高速主线下穿分离式拱桥检测及评估分析.pdf
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1、广东建材2023年第8期0 引言四川某山区高速采用路堑开挖而成,建成后高边坡最高处约46m,长220m,边坡为WE走向,斜向破。边坡最多开挖级数为5级,1到3级开挖坡比为1:0.75,4、5级开挖坡比为1:1。岩层为紫灰色灰色砂岩和粉砂质泥岩,岩层产状近水平,产状为340355 08,强-中风化,中风化位于12级。局部层面较发育,裂隙不发育,层间结合一般,坡顶覆盖层坡残积层厚 13m。高速公路建成后,为了方便高速公路两侧的村民的生活和出行,而修建了主线下穿分离式拱桥。施工工艺为2级边坡开挖完成后,采用满堂支架法对桥梁进行施工,施工后拆除施工架再进行1级边坡开挖施工。1 桥梁概况主线下穿分离式拱
2、桥,桥跨结构为 110m+150m+110m的混凝土板拱桥,桥梁全长 80.82m。该桥主桥桥型为净跨径50m,矢跨比为1/5的等截面悬链线钢筋混凝土板拱,拱圈为3.0m1.2m的C40钢筋混凝土矩形实心截面,拱轴系数m=1.756。拱上结构采用9孔钢筋混凝土纵置行车道板配拱上横墙结构;引桥采用10m钢筋混凝土行车道板。下部结构桥台为重力式桥台,扩大基础;桥墩为扩大基础,嵌入边坡弱风化岩体内;桥面单向纵坡-1%,拱上盖梁平坡,桥面横坡2%用桥面铺装调整。设计荷载:公路-级。2 拱桥主要病害检测结果分析主线下穿分离式拱桥桥位于四川某高速高边坡上,拱座位于一级边坡上方,桥面位于二级边坡上方,该桥主
3、要病害为主拱圈两岸拱脚附近拱腹受拉开裂,主拱圈1/43/4处拱背受拉开裂,横墙下部向主跨跨中位移,主拱圈拱脚向主跨跨中位移,拱顶向上位移,拱上结构墩柱偏位,桥面在拱顶处也向上位移,纵坡由单向变化为双向。主要检测结果统计如下:主跨主拱圈1#墩处拱脚(左拱脚)向拱顶方向0m至8.0m范围内拱腹横向裂缝,共40条,且延伸至拱圈两侧面1592cm范围,单条裂缝最大长度Lmax=4800cm,宽度bmax=0.8mm;主跨主拱圈2#墩处拱脚(右拱脚)向拱顶方向0m至9.0m范围内拱腹横向裂缝,共37条,且部分裂缝延伸至拱圈两侧面12107cm范围,单条裂缝最大长度Lmax=500cm,宽度bmax=2.
4、8mm;主跨主拱圈拱背1/43/4范围横向裂缝,且裂山区高速主线下穿分离式拱桥检测及评估分析何小林(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司)【摘要】主线下穿分离式拱桥位于四川某山区高速公路路堑开挖而成的高边坡上,本桥在通车营运过程中发现主拱圈出现了不同程度的裂缝,为确保桥梁的安全运营,遂对桥梁进行检测及承载能力评估。结合检测结果、设计、施工资料建立有限元模型进行结构检算,对拱桥裂缝、变形等病害的成因进行分析,判定桥梁承载能力是否满足规范和设计要求。研究成果为今后同类型桥梁的检测及评估积累提供科学资料和参考。【关键词】山区高速;拱桥;检测;结构检算;承载能力;评估图1 主线下穿分离式跨线桥立面照质
5、量控制与检测-63广东建材2023年第8期缝延至两侧侧面 2085cm,单条裂缝最大长度Lmax=440cm,宽度bmax=0.6mm。拱顶上方桥面板支座共8个支座与垫石1/4面积悬空。现场抽取拱上结构5个高墩进行了竖直度测试,竖直度均超过了规范允许值,最大偏移量为108.8mm,倾斜度为17.89。3 桥面高程及拱轴线形检测结果分析3.1桥面高程线形检测本桥采用水准仪对桥面高程线形进行了测量,因该桥无完工后桥面线形测量数据,因此,桥面高程测试结果与设计值进行对比,桥面高程测量值依照原设计图标高进行换算,以保证两者零分位线一致,通过对比分析桥面线形与设计值明显不符,按原设计1%单向纵坡计算,拱
6、顶处桥面上拱,其高程与原设计值最大相差27cm,线形对比图如图3所示。3.2拱轴线形检测主拱圈采用全站仪极坐标法对拱轴线形测量,将测点坐标拟合成拱轴线形,与原设计图拱轴线进行对比分析,通过对比分析实测拱轴线形与设计值拱轴线形存在一定差异,主拱净跨径比设计值偏小,拱顶存在上拱现象,主拱圈设计拱轴线与测量拱轴线对比图如图 4所示。4 结构检算评估分析主线下穿分离式拱桥采用MIDAS CIVLI 2019建立有限元模型,主要材料拱圈采用C40混凝土,拱上横墙、桥面系采用C30混凝土,普通钢筋采用II级、III级钢筋;恒载主要包括结构自身重力、桥面铺装及护栏的重量,二期恒载按29.8kN/m计算,不考
7、虑铺装参与受力;活载按照公路级进行考虑;温度荷载按照合龙温度升温20和降温20考虑,温度梯度按照25到6.7到0的竖向温度梯度和-0.5的竖向负温差来考虑;拱座位移通过拱脚的强制位移来考虑。结合拱桥检测结果从三个层面对结构进行验算:复核验算桥梁原设计的承载能力是否能够满足规范要求;基于拱轴线测量结果和裂缝宽度推测结果,验算桥梁发生变位后的承载力是否满足规范的要求。4.1原桥承载能力评估基于原桥设计图纸,验算了原设计主拱圈的承载能力及拱圈裂缝宽度,验算荷载工况包括自重、二期、温度荷载和移动荷载。原桥主拱圈轴心/偏心受压承载能力满足规范要求,且拱圈裂缝宽度也满足规范要求。4.2拱座位移推算分析4.
8、2.1根据裂缝宽度推算拱座位移量根据主拱圈裂缝检测结果,拱脚最大裂缝宽度为2.8mm,根据下式利用有限元软件反推当结构达到最大裂缝宽度时的钢筋应力大小,从而反推出当结构达到最大裂缝宽度时,拱座位移大小。反推时荷载工况包括自重、二期、温度荷载和拱座位移。钢筋混凝土构件和B类预应力混凝土受弯构件,其最大裂缝宽度Wcr(mm)按下式计算:Wcr=C1C2C3ssEs()c+d0.36+1.7te图2 主拱圈拱脚附近拱腹开裂,且延伸至拱圈两侧面典型照片图3 桥面高程线形设计值与实测值对比图图4 主拱圈设计拱轴线与测量拱轴线对比图质量控制与检测-64广东建材2023年第8期根据裂缝最宽值反算,近似推断两
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