加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２４卷第２期　南昌大学学报（工科版）　Ｖｌｏ１．２４　Ｎｏ．２　２００２年６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｅｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｊｕｎ．２００２　文章编号：１００６—０４５６（２００２）０２—００６２—０４　加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究　胡钊芳　，胡玉泉２，上官兵　（１。江西省公路管理局科研设计所．江西南昌３３０００２；２。景德镇公路分局，江西景德镇３３３０００）　摘要：介绍采用加大截面综合法加固提载刚架拱桥的研究方法和过程．课题项目立项以后。项目组立即收集有　关资料，并结合工程背景桥梁现场勘测结果，对刚架拱桥进行了系统的加固技术研究，相应地提出了加大截面综合　法的加固方案，经一个月的实施，对背景桥进行了有效的加固提载．经荷载试验检验和确认后。完全达到了预期效　果．　关键词：加大截面；综合法；加固；提载；刚架拱桥　中图法分类号：Ｕ４４５。７　文献标识码：Ａ　刚架拱桥是在双曲拱桥等桥型的基础上，结合　计，因而平面杆系通用程序成为计算的首选工具．　我国拱桥特点而发展起来的新桥型。同时也和双曲　１．１　建模假定　‘　拱桥一样，结构整体性较差。工程背景－￣．ｆ３桥位于进　贤县城区，建于１９８４年，主孔为１孔净跨３６　ｍ的刚　１）计算内容：本验算仅针对北门桥原设计图纸　进行理论上的计算．　架拱，因存在较多缺陷，据有关规程被定为危桥，主　要有：１）拱脚上缘有７处由上而下的裂缝，裂缝宽　２）横向分布：本桥的结构计算建立在平面杆系　度南桥台为２～５　ｍｍ，北桥台为２～３　ｍｍ。裂缝几　假定的基础上，近似地用横向分布系数的概念来考　乎贯通全截面。２）南桥台八字墙外倾开裂，北桥台　虑空间的荷载效应．横向分布系数按弹性支承连续　梁的简化计算［４】，并根据“刚架拱桥研究报告”中的　八字墙外倾更加严重，以致于连着的桥台立墙出现　全断面横向裂缝，裂缝宽度１～３　ｃｍ．３）南北副孔６　建议，将所得横向分布系数乘以１．１．　ｍ微弯板组合梁分别向两端位移３～４　ｃｍ，伸缩缝　３）杆件截面：为便于建模，考虑弦杆和现浇桥　塞死，弦杆之间的横梁出现０。２～０。４　ｍｍ不等的裂　面板组合断面一次形成。　缝．４）桥面出现０．２～０．５　ｍｍ不等的裂缝，而且有　４）边界条件：主拱圈的施工采用先铰接再固　定的规律可循。５）全桥存在露筋，少数断面结构　结，恒载作用在两铰拱上，活载作用在无铰拱上。所　一尺寸偏小。　以拱腿、斜撑的外部边界条件为恒载下为铰，活载下　为固定端．　１分析模型的建立与检算结果　５）支座位移：本桥支座的水平位移根据实际病　基于老桥已经出现严重病害的事实，对老桥的　害情况加以考虑．　回溯分析不但可以找出病害的原因，并且对加固提　６）温差：按＋２０℃和一２０℃考虑．　载通行重载方案的选择也有直接的参考价值．　７）活载计算：采用动态规划法在相关影响线上　从老桥的病害特征结合刚架拱桥的总体特性分　进行加载．　析，北门桥很可能是基础出现较大的水平位移造成．　１．２检算过程　老桥基础为组合式桥台，原设计中水平分力需台后　１）使用的结构计算软件是广州市政设计院的　被动土压力来平衡，而新填土要达到此种要求，施工　ＢＲＣＡＤ５．１。　上是相当困难的，所以计算中基础水平位移的取值　２）将结构离散化，全桥共有节点４１个，单元４０　是重点考虑因素．　个，分两个阶段加载计算．最后进行内力组合，计算　刚架拱的结构特性比较符合结构力学平面杆系　组合应力、最大位移，检核正常使用极限状态下应　的假设，计算结果精度能够满足要求．而且计算结果　力、位移、裂缝计算是否满足规范要求．计算最大内　便于与现行规范对照，便于后续加固设计的配筋设　力截面的内力，检核承载能力极限状态是否满足规　收稿日期：２００１—１２—１５　作者简介：胡钊芳，１９６３年生，高级工程师　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　胡钊芳等：加大截面综合法加固提载刚架拱桥分析研究　・６３・　范要求（见图１）．　第一阶段　①２⑦３④４④ｓ④６④７⑦８①９　鎏　亡士　？　销二¨＝．＿阶段　∞　１．３模型失效的判定原则　纸上弦杆下缘配筋量最少的地方只有３＠１８，较同跨　径刚架拱定型图中的１０￣２２相差甚远．（注：该定型　图为１９８３年交通部公路科学研究所和湖南设计院　联合编写）　表１拱脚断面的内力及抗力计算结果　最大内力时的内力　计算出现强度破坏截面，即用铰单元替换（替换　的顺序是先主受力杆件后局部受力杆件），并对新模　型重新计算，如此多次叠代，直至受力模型出现几何　可变体系为止，这时程序无法计算下去，受力模型整　体破坏．　１．４检算结果　望盒垦塑窒　ＭＯＮＯＮＲ　状态　ｒ’。‘　拱脚开裂是本桥的最大病害，总共８个拱脚有　７个出现由上而下的宽裂缝，并非偶然，开裂程度在　规范上已属破坏．所以原设计荷载下的检算工作必　须能够解释其中的原因．在原设计荷载下对受力模　型进行多次检算，并对断面进行偏压计算，得到在汽　一（ｋｎ．ｍ）（ｋｎ）　（ｋｎ）　２Ｏ＋温降２Ｏ℃＋拱座水平位移Ｄ在承载能力极　出现危桥现象的组合为汽一２Ｏ＋温降２Ｏ℃＋　限状态下的最大组合，其中拱脚断面的内力见表１．　水平位移１０　ｍｍ，也即是组合式桥台在刚架拱桥产　生水平推力作用下产生了较大水平位移，拱脚才产　生出在的严重开裂现象．同时这也与桥台立墙、八字　墙被严重挤坏产生大面积开裂的工程事实相符．　在对应的正常使用状态下，上弦杆的应力状态　已有多处超出容许应力法规范规定的范围，而且较　拱脚断面更为不利．此时考虑到拱脚已大部开裂，蜕　化为铰，再次计算内力发现，拱腿的弯矩减小，但上　弦杆的应力状态变化不明显，仍超出规范要求．计算　表明￣ｔｆ－］桥如完全按照原设计图纸施工，上弦杆的　注：轴力受压为＋，受拉为一．Ｍ（）＿一设计弯矩；Ｎ（）＿一设　计轴力；ＮＲ一轴力抗力　北门桥在超重平板车通行的情况下，上弦杆基　本所有的断面和拱脚拱顶断面的承载力都不够．副　孔的薄弱位置在跨中下缘，主孔的薄弱位置出现在　拱脚上缘、拱顶下缘、大节点与小节点的上缘等地　方，其中最不利位置位于上弦杆靠近大节点附近截　面的下缘．　承载力将达不到汽一２Ｏ等级的荷载要求．原设计图　横向方面，微弯板的承载能力在超重车靠中线　维普资讯 http://www.cqvip.com ・６４・　南昌大学学报（工科版）　２００２定　时行驶的情况下尚可，但无富裕．以当时桥面的开裂　破损程度，受力断面尺寸将有所削弱，应引起足够重　视．　基础方面，由于挂车对基础影响不大，计算未考　虑在内，只能有待于试验进一步证明．　１．５空间杆系程序的复核　按空间杆系建立模型，采用空间结构分析电算，　截面几何性质均按设计尺寸计算，计算中未考虑结　构破损和裂缝情况．活载采用动态规划法影响面加　载．所求得的内力、应力与平面杆系计算程序的结果　较吻合，配筋数量相差不到５％，验证了用横向分布　系数的概念来考虑空间荷载效应的简化计算［４］是　可行的．　１．６检算结论　１）原桥拱脚上缘出现严重开裂，并相应造成了　八字墙的断裂的主要原因是组合式桥台产生了较大　水平位移（位移大于１０　ｍｍ）．　２）横向桥面微弯板的承载能力在超重车靠中　线时行驶的情况下尚可，但无富裕．　３）北门桥如完全按照原设计图纸施工，承载能　力将达不到汽一２Ｏ等级的荷载要求．　２加固方案和静载试验　２．１加固方案　检算分析结果表明应对老桥进行全面加固．依　靠加固后的永久性桥梁结构来满足通行重载的要求　是一个两全方案，既加固了危桥，又通行了重载．基　于上述原则，考虑到以下细节，加固选择了加大截面　综合法的方案．　１）竣工资料不全影响到加固方案的计算与设　计，计算时无法知道原截面的配筋量．只有凿出原有　主筋，才能知道需加配的钢筋数量．　２）通过计算可知最不利截面需对应配１３＠２２，　而每片上弦杆及实腹段的下缘仅宽３０　ｃｍ，所以必　须加大受力截面，才能布得下这些受力钢筋．　３）全桥存在蜂窝麻面、露筋、少数断面结构尺　寸偏小等施工质量问题，不打开原截面，将给整个加　固工程留下隐患．　４）增大受力截面和配筋的方法概念明确，而且　改造彻底．　５）受力不大的区域采用环氧树脂粘贴钢板打　铆钉法加固，简便、快速、有效．　车模拟超重平板　车，每辆重车总重３００ｋｎ，其中前轴重约６０ｋｎ，后轴　重２４０ｋｎ，总加载吨位为１　２００ｋｎ，根据计算荷载效　率在０．７８３～０．８３８之间．　纵向加载位置具体视平面杆系程序计算出的控　制截面影响线而定，横向位置始终居中．测点主要布　置在２号、３号拱肋和弦杆相应的控制断面上．　静载试验结果表明：加固后的２号、３号拱肋和　弦杆在弹性范围内工作，桥台基础在次重车加载的　情况下几乎没有位移，整体结构刚度和强度都能满　足超重平板车的通行要求．表２示出拱脚上缘混凝　土的应力的试验检测值与理论计算值的对比，表明　理论计算值较实际检验偏大．不过模型分析中某些　系数取值的适当保守在危桥通行重载的特殊情况下　是必须的，这样可以保证按理论计算值设计的绝对　安全性，从而满足工程上安全第一的需要．　表２应力检测值与理论计算值的对比　维普资讯 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第２期　胡钊芳等：加大截面综合法加固提载剐架拱桥分析研究　・６５・　３结论　加固提载后，刚架拱桥的承载能力得到很大提　高，可谓一举两得．从整个方案的实施过程我们的体　会是：只要基础稳定牢固，刚架拱桥加固提载的潜力　民交通出版社，２００２．　［２］交通部．公路桥涵设计规范（合订本）［Ｓ］．人民交通出　版社，１９９５．　［３］交通部．公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）［Ｓ］．人民　交通出版社，１９８８．　巨大，加大截面综合法应用在刚架拱桥上，充分显示　了它工期短、费用省、概念明确、改造彻底的优点，具　［４］顾安邦，孙国柱．等．公路桥涵设计手册拱桥（下册）　［Ｓ］．人民交通出版社，１９９７．　有一定借鉴和推广价值．　参考文献　［１］谌润水，胡钊芳等．公路旧桥加固技术与实例［Ｍ］．人　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｒｉｇｉｄ’——ｆｒａｍｅ　Ａｒｃｈ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｂｙ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ＨＵ　Ｚｈａｏ—ｆａｎｇ　，ＨＵ　Ｙｕ—ｑｕａｎ２，ＳＨＡＮＧＧＵＡＮ　Ｂｉｎｇ　（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｉｇｈｗａｙＢｕｒｅａｕｏｆＪｉａｎｇｚｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＪｉａｎｇｘｉＮａｎｃｈａｎｇ　３３０００２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｓｕｂ—ｂｕｒｅａｕ　ｏｆＪｉｎｇｄｅｚｈｅｎ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｊｉｎｇｄｅｚｈｅｎ　３３３０００。Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｂｏｕｔ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　ｂｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ　ｇｒｏｕｐ　ｏｆ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｇａｔｈｅｒｅｄ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｄｅ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｒｉｇｉｄ——ｆｒａｍｅ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｎ—ｔｈｅ—ｓｐｏｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｕｒｖｅｙ，ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｂｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒ　ａ　ｍｏｎｔｈ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｉｎｔｏ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ；ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ；ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ；ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ　ａｒｃｈ