石拱桥潜承载能力研究

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1、48桥梁结构城市道桥与防洪2012年1月第1期石拱桥潜承载能力研究李文珍，李亮(1．天津市市政工程设计研究院，天津市300456；2．中交一航局第一工程有限公司，天津市300456)摘要：首先对现役石拱桥承载能力进行了研究，归纳了影响其承载能力的3个因素；然后利用有限元的模型分析，对影响现役石拱桥潜承载能力的3个因素进行分析，得到了拱上腹拱、实腹段填料、侧墙及行车道对其承载能力有提高作用的结论。因此，对现役石拱桥的极限承载能力需要正确评估。关键词：石拱桥；承载能力；潜承载能力中图分类号：U448．22文献标识码：B文章编号：100

2、9—7716(2012)o1—0048—04O前言石拱桥是我国最古老、最重要、最成熟的桥型之一。现代交通流量的增加对较早时期建造的石拱桥提出了较高的要求。如何有效利用现有石拱桥承载力资源，避免由于忽略潜在承载能力而无法对桥梁的实际承载能力进行准确的评价，是一项具有战略意义的课题。目前，我国现役的大量石图1试验桥梁概貌拱桥的设计等级已经不能满足现在交通荷载的等级，但实际使用中仍处于安全状态，因此，需要对灰缝有水迹浸扩；前墙根部局部有水渗出；前墙局旧石拱桥的极限承载能力进行正确的评估。部沿灰缝有竖向交错小裂缝；有轻微程度的风化，表面较

3、为平整。1工程概况实测石料试样组最低抗压强度为41．9MPa，本文以四川省某大桥为工程实例建立有限元抗压弹性模量为15．6MPa，泊松比为0．28。由此模型进行潜承载能力分析。该桥为石砌空腹式拱推断，桥梁设计石料标号按42号考虑。以普查结桥，全桥由一净跨径约95m的主跨(石板拱)和果为依据，根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》，县城岸一跨径约14m的边跨组成。主跨采用拱该桥旧桥检算系数z值取0．9O。脚高2．0m、拱顶高1．3m的连续变高度拱圈，宽为3影响石拱桥潜承载能力因素的分析8．0m，每半跨布置4个腹拱，桥面总宽：1．20m(混

4、凝土栏杆和人行道)+6．0m行车道+1．20m(混凝(1)拱上建筑与主拱的联合作用土栏杆和人行道)，桥面纵坡不明显。桥梁竣工于以往石拱桥的计算中，不考虑拱上建筑与主文革时期(约1968年)。设计荷载等级不明。近年拱圈的联合作用，只将拱上建筑作为荷载传递给来主要过桥重车为30～40t左右的运输车。主拱，这种假定是为了简化结构物的计算图式。实大桥于2003年重新做了桥面铺装。图1为试际上，主拱与拱上建筑会不同程度地联合受力，主验桥梁概貌。拱的弹性变形影响拱上建筑的内力，而拱上建筑又约束着主拱的变位，拱的实际内力应当考虑拱2现场普查上建

5、筑的作用。桥台总体上较为完好，侧墙局部灰缝生长杂(2)拱上填料、桥面铺装、侧墙草、水浸，墙体表面较为平整，有轻微程度的风化。拱上填料、桥面铺装将集中在车轮荷载沿引桥拱圈大面积浸水，局部漏水；腹拱边缘1m左横向和纵向分布到拱圈上，对拱圈的受力是偏右范围水蚀风化较为严重，中部有一定程度风化；于安全的。同时，对主拱圈变形具有约束作用，料石较为规则，表面较为平整。交接墩基本完好，减小拱圈的挠度和残余变形，从而提高拱的稳定性。收稿日期：2011-09—07拱上侧墙具有与主拱圈共同承受荷载的联合作者简介：李文珍(1984一)，女，新疆乌苏人，

6、助理工程师，从事道桥工程设计工作。作用；护拱和拱上结构降低了主拱圈应变和变位，2012年1月第1期城市道桥与防洪桥梁结构49调整了拱圈截面内力，对提高主拱开裂荷载和破道辅助作用的有限元模型坏荷载有显著的作用。根据有实腹段拱桥的结构特点，结合普查结(3)常规计算理念的偏差果、桥面铺装较好等实际情况，在计算模型中考虑常规的理论计算分析拱桥的承载能力时，对拱上腹拱(该部分构件弹性模量按实际取值)、实结构的性能和受力分析都采用了保守的估计，从腹段填料、侧墙及行车道的辅助作用，建立了第二而会导致拱桥的实际承载能力要比理论计算的承种有限元模型

7、，见图3。载能力大。5受力结果分析由于常规计算时保守估计的合理性还有待于进一步研究，本文针对拱上建筑与主拱的联合作计算中分别采用了汽车一2O级、汽车一15用，以及拱上填料、桥面铺装对石拱桥承载能力的级、汽车一10级、汽车一10级单列的汽车荷载影响进行分析。+3kN／m人群及相应的验算荷载，温度影响采用±20cC。若按照常规，计算中不考虑腹拱(计算4有限元模型计算分析模型中该部分构件弹性模量E按实际的1％计)、为验证联合作用对主拱圈承载能力的提高，实腹段填料、桥面等的辅助作用，该桥已经失去承分别建立了两种有限元模型。载能力。在考虑了

8、拱上腹拱、实腹段填料、行车道(1)常规有限元模型辅助作用之后，计算结果表明，主拱圈能够满足汽根据线形测量、关键部位截面尺寸近距钢尺测车一10级单列的汽车荷载+3kN／m人群及履带定和石料钻芯取样试验结果建立了常规有限元计一50、温度变±20oC的强