桁式组合拱桥的病害分析研究

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1、◎桁式组合拱桥的病害分析研究王玉祥，李方元，杨珏[1．同济大学土木工程学院桥梁工程系上海200092；2．中冶建筑研究总院(上海)有限公司上海200092]摘要：简要介绍了桁式组合拱桥的产生、发展以及现状。介绍了某桁式组合拱桥的主要病害，通过有限元分析结构受力，证明该体系桥梁主要受降温和收缩作用的不利影响，并得出相应的变形特点，通过调整受力体系，有效改善了降温作用下的不利变形，得出原始设计的受力缺陷。关键词：桁式组合拱桥；病害；温度作用；加固0弓I言拆除，部分进行了加固降载处理，大部分桁式组合拱桁式组合拱桥是我国首创的一种桥型，是用桁架桥仍处于带病服役状态。本文以某桁式组合拱桥伸

2、臂法施工的桁式桥梁，悬拼合龙后其上弦在拱脚至为背景，进行桁式组合拱桥的病害分析以及加固方拱顶间适当位置断开口]。20世纪9O年代，这种桥型法研究。凭借其兼有拱和梁的特点、跨越能力大、造型优美、经济指标高、适合山区修建等优点，在贵州省内外得到较1大桥概况与病害分析为广泛的推广。1．1大桥概况经过3O多年的运营，桁式组合拱桥的服役效果并该大桥建成于1995年，并于当年投入使用。桥梁不理想，其结构上的缺陷逐渐暴露。大部分桁式组合全长316m，主孔为174m预应力混凝土桁式组合拱；拱桥均出现了较大程度的病害，主要表现在受力构件一侧边孔为2x16m+2×20m连续刚构；另一侧边混凝土开裂严

3、重、横向连接弱化、冲击效应明显、拱顶孔为2×16m+20m连续刚构。桥梁立面图及主要下挠严重等方面。这些桥梁中少数桁式组合拱桥已被截面尺寸如图1图2所示。桥梁垒长316(】0图1大桥立面图(单位：cm)732l()4(a)上弦标准断耐(h)主孔'F弦断面图2主要截面尺寸(单位：cm)收稿日期：2015-06—04No．32015上冯么咯43一⋯一s◎按2．5kN／m计算。果，其中应力组合按文献[-93短期效应组合，内力组合表1和表2分别为拱顶截面应力和内力计算结为基本组合。表1应力计算结果位置恒载预应力收缩徐变降温13℃汽车Max温度梯度人群Max组合拱顶上缘一6．50．1—4．

4、8O．6—3．1O．1——4．90．0—17．4拱顶下缘一3．9—1．26．5—1．14．31．21．40．16．8“内拱脚”上缘一1．0—2．07．6—3．55．0—1．50．1O．05．2“内拱脚”下缘——10．81．8——6．23．0—4．01．60．40．0—14．7注：表中单位为MPa，正号为拉应力、负号为压应力；预应力包括预应力一次作用和次内力作用表2内力计算结果位置内力类型恒载预应力收缩徐变降温13℃汽车Max温度梯度人群Max组合轴力一18345—3862729—8491773186O0——17933拱顶弯矩3058——28213200——200885864467

5、413O42735893轴力——20353—3602548—77O1656175OO——20588“内拱脚”弯矩——89873436—126035966—81872809895141——20883注：表中轴力单位为kN，正号为拉力；弯矩单位为kN·m，正号表示截面下缘受拉；预应力仅为次内力作用从计算结果可以看出，收缩和整体降温作用是拱边孔刚构与主拱断开(即“梁拱分离”)，如图4(c)示。顶下缘和“内拱脚”上缘出现较大拉应力的主要原因经调整断缝方法处理后，桥梁在降温13℃作用下计算(“内拱脚”处较大的拉应力应适当考虑斜杆、立柱、下结果对比示于表3，为了便于对比，也列出了原桥的弦在此

6、处刚接造成的弯矩次应力较大)。这一现象源结果。于结构体系的特殊性所造成的收缩和降温作用下变形的特殊性。收缩和降温效应类似，下面以降温13℃为例，分析此种桥型的变形特点。(a)原桥该体系桥梁在降温作用下变形规律为(如图4(a)示)：断缝两边的构件向桥台靠拢，断缝之间的构件向拱顶靠拢。这样一来，由于断缝的存在，“内拱脚”处就会出现较大的远离拱顶的水平位移(9．2mm)，即两断缝之间的“新拱”的拱脚发生了较大的水平变位，从而造成拱顶出现较大的正弯矩(8586kN·m)、“内拱脚”出现图4原桥及调整断缝后桥梁温降变位示意较大的负弯矩(-8187kN·m)。收缩效应与降温类似，表3断缝调整

7、方法结果对比并较降温效应更为显著，在拱顶和“内拱脚”处产生的弯位置调整方法轴力弯矩水平位移矩值分别为13200kN·m和一12603kN·m。原桥17738586—0．42．2受力体系调整拱顶方案一170026637O结合上述有限元的计算分析，可通过调整断缝位方案二2O91941O置来改善“内拱脚”在收缩和降温下较大的水平变位。原桥1656—8187—9．2第一种方案为合并断缝，这样可以显著增大构件问的“内拱脚”方案一1234—696—2．7约束，减小“内拱脚”水平位移(如图4(