陳 耿

(鎮(zhèn)江市交通工程建設(shè)管理處,江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

0 引 言

剛架拱橋造型新穎、簡(jiǎn)潔、美觀,受力介于連續(xù)梁與拱之間。中跨主梁與兩斜腿構(gòu)成 “拱式結(jié)構(gòu)”,受力與折線拱類似,其邊跨與中跨主梁所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與三跨連續(xù)梁類似。由于折線拱偏離恒載壓力線,彎矩比拱橋大,而軸向力又比拱橋小,另外邊跨為受彎構(gòu)件,所以,不能像拱橋那樣可用圬工材料建筑;又由于主跨結(jié)構(gòu)多為偏壓構(gòu)件,所以受力在許多方面比連續(xù)梁有優(yōu)勢(shì)。因此,剛架拱橋在公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

以往對(duì)剛架拱橋大量的研究主要集中在設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)控等方面,對(duì)剛架拱橋的檢測(cè)加固技術(shù)的研究相對(duì)較少,關(guān)于公路大件運(yùn)輸中剛架拱橋的承載力評(píng)估和加固處治技術(shù)的研究就更少。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程,公路大件運(yùn)輸日趨頻繁,荷載規(guī)模也在不斷增加,如何快速、有效的評(píng)判沿線橋梁的通行能力,并制定合理、經(jīng)濟(jì)的加固處治措施已成為一個(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。

本文以一座多孔20m跨徑剛架拱橋?yàn)槔?考慮大件運(yùn)輸通行需要,對(duì)其荷載試驗(yàn)、加固技術(shù)、承載力分析等進(jìn)行研究,以期為今后類似項(xiàng)目提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

因建設(shè)需要,現(xiàn)某總重達(dá)620 t的大件運(yùn)輸車輛需經(jīng)過(guò)河南省國(guó)道107線、省道新濟(jì)線、焦克線,其中沿線需通過(guò)一座12孔20 m跨徑剛架拱橋。該橋1980年建成通車,設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽車-20級(jí)、掛車-100,人群荷載350 kg/m2,橋面布置:凈-9m(車行道)+2×1.5m(人行道),橋梁概貌如圖1所示。需采取有效措施,確保大件運(yùn)輸車輛安全通過(guò)橋梁。

2 靜載試驗(yàn)與通過(guò)性評(píng)價(jià)

在荷載試驗(yàn)準(zhǔn)備過(guò)程中,對(duì)剛架拱橋進(jìn)行了詳細(xì)的橋梁外觀檢查,主要針對(duì)裂縫、連接部位、結(jié)構(gòu)整體性、墩臺(tái)、排水設(shè)施等方面進(jìn)行檢查。檢查發(fā)現(xiàn):橋梁主體受力部件基本完好,少量拱肋拱頂有小于0.1 mm的裂縫;部分拱肋間橫向系桿混凝土破損,局部露筋;部分橋墩蓋梁混凝土破損,有混凝土剝落。

圖1 剛架拱橋概貌

本次荷載試驗(yàn)將進(jìn)行主拱圈控制截面的正應(yīng)力和撓度觀測(cè),試驗(yàn)荷載工況為第一跨拱頂受大件運(yùn)輸車輛作用工況。根據(jù)等代荷載法,將大件運(yùn)輸車輛荷載效應(yīng)換算為等代的試驗(yàn)車輛荷載進(jìn)行試驗(yàn),計(jì)算換算成40～45 t級(jí)載重汽車4輛進(jìn)行加載,前后兩排,中載布置。加載前,每輛加載車輛需過(guò)磅稱重。

本次靜載試驗(yàn)效率為 1.02,為了加載安全,防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷,以及了解結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變位隨試驗(yàn)荷載增加的變化規(guī)律,本次靜載試驗(yàn)各工況荷載分成四級(jí)加載,具體如下:

第一級(jí)單車:乙Q-00625;

第二級(jí)雙車:乙Q-00625+豫K-22908;

第三級(jí)三車:乙Q-00625+豫K-22908+豫G-32718;

第四級(jí)四車:乙Q-00625+豫K-22908+豫G-32718+豫A-41513。

加載車輛布置如圖2所示。

圖2 荷載試驗(yàn)加載車輛布置示意

測(cè)點(diǎn)布置:

(1)正應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

第一跨主拱圈拱頂中截面設(shè)置6個(gè)測(cè)點(diǎn);上弦桿布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。每一測(cè)點(diǎn)貼應(yīng)變片,采用專用靜態(tài)應(yīng)變采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和整理。

(2)撓度測(cè)點(diǎn)

第一跨橫向分左、中二個(gè)測(cè)點(diǎn)。撓度觀測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀,測(cè)試精度為0.01 mm。

剛架拱橋荷載試驗(yàn)結(jié)果如表1～表4:

表1 試驗(yàn)荷載測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力 (單位:MPa)

表2 應(yīng)力效驗(yàn)系數(shù)與相對(duì)殘余變形

表3 試驗(yàn)截面撓度觀測(cè)結(jié)果

表4 撓度效驗(yàn)系數(shù)與相對(duì)殘余變形

由以上試驗(yàn)結(jié)果分析如下:

(1)剛架拱橋在各級(jí)荷載的作用下,實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值具有較好的相關(guān)性,表明結(jié)構(gòu)尚處于彈性工作狀態(tài)。

(2)本次試驗(yàn)加載效率為大件車荷載的1.02倍,在此試驗(yàn)荷載作用下,應(yīng)力效驗(yàn)系數(shù)為1.06,說(shuō)明該橋承載力略有不足,不能滿足大件運(yùn)輸車輛通過(guò)的需要。

(3)最不利荷載作用下拱頂?shù)膿隙刃?yàn)系數(shù)0.67,卸載后彈性恢復(fù)較好。

(4)試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)詳細(xì)檢查,未發(fā)現(xiàn)拱頂既有裂縫在荷載作用下延伸或加寬,未發(fā)現(xiàn)新增加裂縫,其他受拉區(qū)域,如上弦桿未發(fā)現(xiàn)裂縫。

根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析,確定剛架拱橋需要進(jìn)行承載力加固方能通行大件運(yùn)輸車輛。

3 加固技術(shù)方案的確定

因本橋只是為了實(shí)現(xiàn)大件的安全通過(guò),而在近期的道路規(guī)劃中將被廢棄,同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素的影響,因此決定采用臨時(shí)性加固方案,并對(duì)臨時(shí)性加固方案前后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。具體加固措施為:

(1)為確保大件運(yùn)輸車輛安全通過(guò),根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)形式以及橋下地形條件,采用萬(wàn)能桿件在各跨跨中位置搭建臨時(shí)墩的措施對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行臨時(shí)加固。在臨時(shí)墩頂采用枕木條與梁底接觸,枕木條應(yīng)與拱圈頂緊,以便臨時(shí)墩能及時(shí)有效分擔(dān)荷載,以保證拱圈不會(huì)發(fā)生太大變形而破壞。

(2)對(duì)混凝土缺損和表面裂縫等病害進(jìn)行修補(bǔ),并在大件運(yùn)輸車輛過(guò)橋時(shí)加強(qiáng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)。

4 加固前后結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

(1)加固前該橋的受力狀態(tài)經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析,該橋在大件運(yùn)輸特載車下拱頂截面強(qiáng)度不能滿足要求,見(jiàn)圖3、圖4和表5所示。

圖3 加固前恒載+特載車下拱頂彎矩最大值

圖4 加固前恒載+特載車下拱頂軸力最大值

表5 加固前的拱頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算

(2)加固后該橋的受力狀態(tài)

采用中跨加設(shè)臨時(shí)支撐墩的方式加固,加固示意圖如圖5所示,受力分析見(jiàn)圖6、圖7及表6。

圖5 臨時(shí)支撐墩加固示意

圖6 加固后恒載+特載車下拱頂彎矩最大值

圖7 加固后恒載+特載車下拱頂軸力最大值

表6 加固后的拱頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算

加固后,拱頂截面受力由正彎矩變?yōu)樨?fù)彎矩,最大正彎矩發(fā)生在次拱腿處,整個(gè)主跨軸力值均降低,跨中截面強(qiáng)度滿足通行要求,對(duì)于斜腿與主梁連接處產(chǎn)生的較大的正彎矩,在采取了相應(yīng)的措施處理后,均可滿足要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)大件車過(guò)既有剛架拱橋的荷載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù),以及通過(guò)檢測(cè)確定的加固技術(shù)方案等問(wèn)題展開(kāi)了討論和研究。詳細(xì)闡述了該橋荷載試驗(yàn)步驟,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性,提出了較為適用的臨時(shí)性加固方案。對(duì)加固前后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明加固方案可行,能夠有效解決大件運(yùn)輸車輛安全過(guò)橋的特殊要求。

[1]胡釗芳,上官兵.北門剛架拱危橋加固通行特種車輛的技術(shù)[J].公路交通科技,2002,19(3):86-89.

[2]廖昭鼎.超大件設(shè)備運(yùn)輸過(guò)橋驗(yàn)算及加固方案介紹[J].公路,2001,(6):45-49.

[3]康俊濤,王國(guó)鼎,高榮雄,等.特種荷載過(guò)橋的加固措施[J].世界橋梁,2004,(2):62-64.

[4]林炎.特重(超限)車輛通過(guò)橋梁的加固方法[J].中南公路工程,2001,26(3):63-64.

[5]李擁軍.一剛架拱橋的加固方案分析及施工[J].市政技術(shù),2004,22(4):202-204,228.

[6]方納新,王樹(shù)棟.一種保障超重車輛過(guò)橋的臨時(shí)加固法[J].公路交通科技,2002,19(1):58-60.