劉超

摘 要 鋼筋混凝土雙曲拱橋是上世紀(jì)60～70年代建設(shè)最多的一種拱橋型式，對(duì)我國(guó)的交通事業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，然而至今此類橋型病害較多，對(duì)交通安全構(gòu)成威脅。本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景，提出了有效的加固方法，并對(duì)該橋加固前后結(jié)果做荷載試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞 雙曲拱橋 病害分析 荷載試驗(yàn) 維修加固

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

雙曲拱橋最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代初期，由于它造型美、造價(jià)低、施工快、材料省等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)時(shí)在全國(guó)范圍內(nèi)得到大量推廣使用，由于雙曲拱存在先天不足，特別是在大交通量、長(zhǎng)期重荷載作用下，大部分雙曲拱橋出現(xiàn)不同程度的病害。對(duì)比拆除重建，維修加固更具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，本文以某雙曲拱橋維修加固案例為工程背景，并對(duì)該橋加固前后結(jié)果做荷載試驗(yàn)對(duì)比。

1加固橋梁概況

該橋?yàn)槿邕B續(xù)鋼筋混凝土雙曲拱橋，跨徑組合為3？3m，矢跨比1/6，橫向4肋3波，主拱肋及拱上建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拱墻為磚石料砌體結(jié)構(gòu)，該橋全長(zhǎng)46m，其中兩端各有3.5m實(shí)腹段，橋面總寬8.0m，橋面布置為0.25m（防護(hù)欄）+7.5m（車行道）+0.25m（防護(hù)欄）。下部結(jié)構(gòu)為重力式實(shí)體橋墩和加后座的U形橋臺(tái)。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-10級(jí)，驗(yàn)算荷載為履帶-50。

2病害狀況及其荷載試驗(yàn)

2.1橋梁病害狀況

2.1.1主拱圈病害

主拱圈拱頂普遍下?lián)?，下?～2cm，而且上、下游下降值很不一致。拱波波腹頂部出現(xiàn)局部縱向裂縫；拱波與拱肋連接處多處開(kāi)裂。邊拱肋出現(xiàn)長(zhǎng)約50cm的環(huán)向裂縫。

2.1.2腹拱、橫墻病害

腹拱跨中多處出現(xiàn)橫向裂縫，腹拱拱波連接處多處縱向開(kāi)裂。拱波波腹頂部出現(xiàn)局部縱向裂縫；拱波與拱肋連接處多處開(kāi)裂。

2.1.3橋面系病害

橋面破損現(xiàn)象比較嚴(yán)重，分散裂縫較多，伸縮縫處裂縫尤其發(fā)達(dá)，橋梁兩端橋面破碎特別嚴(yán)重。個(gè)別路緣石移位，欄桿損壞嚴(yán)重。

2.2橋梁荷載試驗(yàn)鑒定

在設(shè)計(jì)荷載“汽車-10級(jí)”車道荷載（無(wú)人群荷載）作用下，應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃加載法計(jì)算出各片拱肋在設(shè)計(jì)荷載作用下的內(nèi)力效應(yīng)，求得1#拱肋（邊拱肋）拱腳最大軸壓力和負(fù)彎矩力分別為-9.20E+04N和-1.38E+04N.m，1#拱肋拱頂受正彎矩最大為1.12E+04 N.m。本次試驗(yàn)采用沙包加載，共需要460個(gè)沙包（單包重50？kg；總重約23t），試驗(yàn)步驟分為3級(jí)加載和1級(jí)卸載共4個(gè)工況，鑒于結(jié)構(gòu)狀態(tài)較差病害較多，試驗(yàn)荷載加載效率取0.95。

在使檢測(cè)跨拱頂最大正彎矩、拱腳最大軸壓力和最大負(fù)彎矩達(dá)到加載效率工況下，拱頂位置的測(cè)點(diǎn)的最大彈性撓度實(shí)測(cè)值為0.78mm，而對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算撓度為0.72mm，兩者的比值為1.09，測(cè)試結(jié)果總體比較離散，撓度測(cè)試指標(biāo)均不能滿足《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》和校驗(yàn)系數(shù)的要求。

殘余變形的測(cè)試結(jié)果及實(shí)測(cè)應(yīng)變與荷載效率關(guān)系的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該橋結(jié)構(gòu)彈性工作性能明顯退化；

動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試拱跨各測(cè)點(diǎn)的地脈動(dòng)實(shí)測(cè)加速度時(shí)程曲線及頻譜，動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明：測(cè)試跨（3#～4#拱跨）的一階自振頻率值為5.402，而對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算一階頻率為6.766Hz，實(shí)測(cè)值小于理論計(jì)算值，表明該橋?qū)嶋H剛度較小，工作性能較差，振動(dòng)響應(yīng)微弱，主頻峰值不明顯。

從變形實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，由于該橋橋齡較老，裂縫較寬，使得實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算值間的偏差增大并出現(xiàn)較大的離散性。總體說(shuō)來(lái)該石拱橋主要承重結(jié)構(gòu)的整體性能較差，結(jié)構(gòu)材料性能退化非常嚴(yán)重。應(yīng)變及裂縫實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該橋主要承重結(jié)構(gòu)的拱圈性能嚴(yán)重受損。

3維修加固措施

3.1主拱圈維修加固

拱肋加固采用粘結(jié)鋼板法，將鋼板粘結(jié)在原結(jié)構(gòu)受拉側(cè)，采用環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，鋼板和混凝土之間采用加壓膨脹螺栓緊固。拱波裂縫寬度普遍大于0.15mm，先采用注膠法對(duì)裂縫修補(bǔ)，再粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)。拱肋和腹拱維修加固見(jiàn)圖2，拱波維修加固見(jiàn)圖3。

3.2拱上建筑維修加固

腹拱采用錨噴混凝土法加固，首先鑿除原腹拱混凝土保護(hù)層，直至露出主筋，然后種植錨固筋，焊接鋼筋網(wǎng)，清除界面殘?jiān)?，最后一次噴射完成混凝土保護(hù)層，確保新舊混凝土形成整體。腹拱維修加固見(jiàn)圖2。

3.3橫系梁維修加固

通過(guò)荷載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該橋橫向聯(lián)系較弱，不拆除原有的橫向聯(lián)系梁，而是用噴錨技術(shù)施工每跨增加兩道預(yù)應(yīng)力混凝土橫系梁，提高橋跨的整體受力性能，拱波的縱向開(kāi)裂也得到有效控制。

3.4橋面系整治

將原橋的橋面鋪裝鑿除，拆除原有欄桿、路緣石，安裝預(yù)制的欄桿、燈柱、路緣石、熱融式無(wú)縫伸縮裝置。分左右兩幅依次澆筑成型新的防水性能良好的鋼筋混凝土路面。

4維修加固效果

整治加固后的大橋重新進(jìn)行靜、動(dòng)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)方法、加載量級(jí)均不變。靜載試驗(yàn)的主要檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1（撓度值向下為正，單位為mm）。

表1：加固前后試驗(yàn)荷載工況下各測(cè)點(diǎn)撓度的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值比較（mm）

從表1可以看出，加固后實(shí)測(cè)撓度值比加固前要小，而且還小于理論計(jì)算值。通過(guò)動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)得加固后的一階自振頻率為7.12Hz，加固后自振頻率有所提高。

通過(guò)加固前后荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)剛度和整體性得到較大提高，橋梁的實(shí)際承載力能滿足設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求，維修加固效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐵組YC4-4/1978科研專題，大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[S].

[2] 交通部.公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）[M].人民交通出版社，1989.