双曲拱桥加固方法综述

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1、双曲拱桥加固方法综述刘国林 罗锡国向光忠宜昌市公路管理局湖北省公路管理局【摘 要】 本文对双曲拱桥的病害及加固方法进行了综合分析。【关键词】 双曲拱桥 加固方法 综述1、概述双曲拱桥是我国最具民族特色的桥梁形式,自1964年创始以来,由于它节省材料,造价低廉,施工简便,造型美观等特点,在我国桥梁建设中得到了广泛应用。据统计,我国在60年代中期至80年代中期共建双曲拱桥4000余座,总长35万延米,这占同期全国公路桥梁的25%。但是,现有的双曲拱桥中,有相当一部分有这样或那样的缺陷,特别是在60年代、70年

2、代早些时候修建的桥梁。由于当时的历史条件,设计上达不到规范要求,施工质量难以控制,理论研究不充分,结构上不完善,特别是片面强调大跨径,省材料等,致使双曲拱桥存在不同程度的病害,而病害发展过程中又缺乏必要的维修整治,使结构承载力降低,成为危桥。近几年,随着交通流量的增加,荷载等级的提高,更加剧了双曲拱桥的病害。但是近十年来,我国在双曲拱桥加固改造方面投入巨资,先后对不少于40%的桥梁进行加固改造。除废弃、拆除了部分双曲拱桥外,尚有相当部分的桥梁有待加固或进行技术改造。因此,现阶段有必要对双曲拱桥的病害及加固

3、方法加以总结。2、主要病害6双曲拱桥存在以下几个方面的病害。2.1横向联系脆弱这里指横向联系包括两个方面。其一是拱肋与拱波(拱板)联结方式不恰当或薄弱。比如拱肋中伸出的联贯钢筋数量不足,拱波完全简支于拱助上等。其二是指横系梁或横隔板结构处理不当或刚度过小。这里包括三个方面:一是横系梁或横隔板在构造上不完整,即全桥横向不贯通。这与设计中过分强调“化整为零”有关,而施工不当使横梁(隔板)横向多呈折线,钢筋的不连续,横向联贯处混凝土不实等。二是横系梁(隔板)尺寸太小,即纵向刚度小,整体上起不到横向传递荷载的作用

4、。三是起重要作用的拱板中之横向钢筋或分布钢筋太少。横向刚度小会带来一系列问题。主要是车轮荷载横向传递受阻,各拱肋不能共同受力,这导致:①拱波顶纵的断裂;②拱波与拱肋的脱离;③系梁(隔板)在接头处断裂;④各拱肋下挠不均。2.2主拱圈正截面尺寸偏小由于历史的原因,以往双曲拱桥的设计过分强调节省材料,即主拱圈截面均采用了过小的截面尺寸、配筋与较低的混凝土标号。由拱肋、拱波、拱板共同构成的组面截面尺寸并不小,但由于双曲拱桥多采用无支架施工法。而真正尺寸偏小的是拱肋。这是因为拱肋要承担自身重量外,还要承担架设拱波、

5、拱板时所产生的应力,只有拱板浇筑完成并达到一定强度后,方能共同承担拱上载恒及活栽。由于拱肋先期应力累积太大,故较小截面尺寸的拱肋及很小的配筋使得拱圈正截面强度严重不足,这通常表现在:①拱圈(拱肋)挠度过大,轴线偏离设计轴线过大;6②拱肋压应力过大,拱肋中纵向钢筋直径偏细,箍筋间距偏大,造成纵向钢筋失稳外鼓,特别是在锈蚀后。2.3其它病害①桥面结构不当。现有的双曲拱桥由于相对石拱桥、箱拱桥而言,拱顶刚度较小,即全桥竖向刚度不均匀。而拱顶填料多为砂砾石、碎石、矿碴等透水性较好的材料填筑,但这些材料难以压实,加

6、上前述不均匀的竖向刚度,使旧桥面破碎严重,并严重渗水,而修补材料又使恒载增加,加剧桥梁病害。②拱上建筑结构不当。一般的拱桥设计是不考虑拱上建筑对拱圈的影响的,即结构上应保证边腹孔具有较小的抗推刚度和适量的自由变形。但有些双曲拱桥在修建过程中未设伸缩缝、变形缝或边腹孔的饺,或因设置不当而失去功能,这些均有可能使拱上结构对主拱产生不利影响。③基础处理不当,当双曲拱桥的墩台置于较土地基上时,由于基础结构形式或对基础处理不当,墩台发生过量的不均匀沉降和水平位移,导致主拱圈过大的变形与开裂。值得注意的是,基础处理不

7、当造成的病害一般在成桥初期的3—5年即可完全实现。由于墩台变位引起的病害是双曲拱桥病害的一个重要原因,但经多年运营,这一病害原因不再成为一个主要因素,故本文所提的加固改造方法仅对上部结构。3、加固方法3.1拱托加固法如图1所示即为拱托加固法。这一方法类似于桥梁中的大边梁加固法,即在原主拱外侧增加二条截面面积很大的拱肋,并通过强大的横向联系(如横向预应力)与旧拱圈共同作用,新肋对旧拱如同一个“拱托”。6这方法有许多优点:①“拱托”对旧拱圈有卸载作用,强大的横向预应力使新旧拱肋共同作用,而且使整体横向刚度大增

8、,从而从根本上解决了双曲拱桥的横向刚度问题。②方便施工。由于新加拱肋均在旧桥外侧,拱肋施工不受工作影响,而且施工过程中无拆除旧结构、挠动旧结构等现象,故此法与传统加固法相比,施工便利是其最大优点。③宜调整拱轴线。由于双曲拱桥中拱肋变位后不再是“合理拱轴”,故需根据现状对拱轴线进行调整,由于新加肋本身需要足够的高度,故其立面位置易据需要进行调整,以满足加固后的内力(应力)要求。④方便桥梁加宽。由于大边肋本身使桥梁宽度有一定增加,

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