某雙曲拱橋加固改造研究和試驗分析
發布時間：2010-01-14 共1頁
遠在六十年代，我國建造了近萬座雙曲拱橋，它是我國最具民族特色的一種橋型。在當時的歷史條件下，起過一定的作用。雖然結構新穎、輕巧、省料，但是整體性能差，配筋少，荷載等級低，以及施工等方面的原因，該橋型在使用一定時期后出現了不同程度的病害，同時，隨著交通事業的發展，原有的雙曲拱橋已不能適應當前大交通的使用要求。
由于需要，仍有少量這類橋梁需加固改造后利用。本文就是對其加固改造的一例。
2 橋梁勘測
某雙曲拱橋建于70年代初，設計標準為汽－10級，屬于鄉級道路，當地管理部門擬將該橋保留利用，并希望把荷載等級提高至汽－15級。由于年久失修，無任何技術資料可供查閱，為了綜合了解拱橋目前的使用狀態，恢復橋梁的技術檔案，為加固改造設計提供依據，對舊橋結構進行了現場勘測。
利用全站儀對拱軸線、主拱跨徑及矢高進行了詳細的測量，并對拱肋、立柱、微彎板、橋面系等構件的幾何尺寸進行詳測，基本采集了橋梁的幾何構造數據；利用超聲回彈綜合法對雙曲拱橋主拱圈及拱上立柱混凝土強度進行檢測；鑿除主拱肋上局部混凝土保護層，對主拱肋的配筋情況進行調查。實測情況表明，該橋結構形式為三跨等截面懸鏈線無鉸拱，橋梁全長為147.26m，橋面縱坡為1.40％，每孔主拱圈凈跨徑為40.28m，凈矢高為5.85m，矢跨比為1/7，橋面凈寬4.75m，無人行道，兩側設置40cm寬的輪帶和欄桿。
該橋主拱圈由3肋2波組成，除拱肋、拱板、橫墻底座、立柱為現澆外，其余拱波、橫系梁（板）、立柱上微彎板、腹孔拱圈均為預制，而橫墻的實體部分則為漿砌混凝土塊。
該橋橋臺為圬工漿砌片石，圬工錐形護坡；橋墩為漿砌片石實體墩。
3 橋梁病害狀況
對全橋結構進行了詳細的病害調查。調查發現，主拱圈拱肋有兩處露筋現象，位于中跨西邊拱肋跨中一處，南邊跨西拱肋拱腳一處，后者較為嚴重，裸露鋼筋均已銹蝕，其周圍混凝土剝落，初步分析露筋產生原因為外撞擊造成以及風雨侵蝕。
拱板（拱波頂面）有露筋現象多處，主要集中在中跨南半拱，同樣已銹蝕嚴重。從現場調查來看，系人為磨損或砸擊造成。拱波底面有多處縱、橫向裂縫，個別裂縫已被修補，裂縫寬度為0.2～0.3mm.個別裂縫周圍有水漬及堿漬，有些裂縫已貫穿。
橋面鋪裝多處大面積破損并露筋，南邊跨跨中偏北有明顯下陷跡象。較嚴重的有兩處，破損面積為0.5m2左右，且其中一處鋼筋已全部外露，但鋼筋并未銹蝕。橋欄桿亦有多處撞斷，橋臺前墻有寬約1.5cm的橫向破裂帶，錐坡處有局部破塌落現象。
4 加固方案及施工要點
根據調查結果，對原拱橋結構進行了受力計算和驗算分析，通過研究，決定采用主拱粘貼碳纖維片及改變拱上建筑形式等加固補強方案，對原橋病害進行全面的綜合整治加固，以達到要求的荷載等級。見圖1所示。
該橋改造工程施工順序如下：4.1 裂縫處理首先用鋼絲刷等工具，清除裂縫表面的灰塵、松散層等雜物，并沿裂縫用尖鋼纖鑿成2～4mm深、2～4mm寬的V形槽，再次清除縫口及槽內浮塵后；騎縫用環氧膠泥粘貼灌漿嘴；向裂縫內壓力灌漿，最后將裂縫封閉。
4.2 主拱肋粘貼碳纖維片補強根據結構計算和分析，應對主拱圈拱頂及1/4L范圍進行補強加固，故對此粘貼碳纖維片。碳纖維片修復補強鋼筋混凝土結構是近十年來發展起來的一種新技術，具有輕質高強、施工簡便、不影響結構外觀、抗腐蝕、耐久性好等優點，已得到廣泛應用。
具體采用C20型高強度碳纖維片，設計厚度為0.111mm，抗拉強度為3400MPa.在主拱圈拱頂實腹段長度范圍內的拱肋下緣粘貼碳纖維片兩層，在主拱圈1/4L截面兩側5m長度范圍內拱肋下緣及側面粘貼碳纖維片兩層。
4.3 斜桿及橋面系施工裂縫處理及碳纖維補強結束并達到設計強度后，進行斜桿施工，斜桿設置于拱上第二、三、四腹孔處。鑿除原有橋面鋪裝，挖除填料，在立柱蓋梁上植筋，與橋面鋼筋網綁扎，整體澆筑橋面混凝土，使橋面系與拱上立柱形成剛構。這樣就使橋面板、立柱、斜桿及拱肋組成桁架結構，形成空間整體受力體系，可有效地提高結構的承載能力和整體穩定性。
4.4 全橋裝飾為了與周圍環境相協調，又對全橋面表面進行噴砂裝飾處理。
5 加固效果分析
為了檢驗雙曲拱橋的加固效果，決定進行荷載試驗驗證?？紤]到橋位現場的具體情況，決定選取南側第一孔進行加載。荷載試驗分為兩個階段完成，第一階段為灌縫處理及碳纖維片粘貼完成后，第二階段為斜拉桿、橋面施工完成后。荷載試驗主要測試關鍵截面的變形及應力。兩次荷載試驗采用相同的加載工況。應力及撓度測點布置如圖2所示，加載工況布置如圖3所示。
應變測量采用弓形應變傳感器，分辨率為0.15με，撓度測量采用量程為0～50mm百分表，分辨率為0.01mm.由于篇幅的原因，僅列出部分數據，中拱肋跨中截面在對應工況下的應變、撓度的理論值和實測值的比較，見相應圖表。
5.1 主拱圈跨中撓度各加載工況以實測的最大撓度值與相應的理論計算撓度值，見表1和撓度曲線所示。
各撓度測點的殘余撓度百分比很小，均遠小于規定的20％。
5.2 主拱圈跨中應變兩次靜載試驗所測得的跨中截面中拱肋底緣應力值均為加載后的應變增量，第一次最大拉應力（工況2）實測值為1.98MPa，理論值為1.83MPa；第二次最大拉應力（工況2）實測值為1.19MPa，理論值為1.36MPa.前后兩次荷載試驗和理論計算表明，通過主拱肋粘貼碳纖維片、增設斜桿和橋面系整體化改造，可以使結構的整體剛度和承載能力得到明顯提高，滿足了使用要求。
6 結 論
雙曲拱橋目前多為超期服役的舊橋，本文提供了一種雙曲拱橋加固改造技術，可供加固維修時參考。通過改變原有結構的受力體系，可以有效地提高結構的承載能力和結構剛度，滿足使用要求。
參考文獻
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