某刚架拱桥主要病害和加固设计对策

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1、某刚架拱桥主要病害和加固设计对策　　摘要:刚架拱桥普遍存在混凝土开裂、承载力不足、病害加剧等问题。以某刚架拱桥为例，建立空间有限元模型，分析了原设计计算上的不足和各构件典型病害产生的原因，提出了桥梁设计加固的具体对策。关键词：刚架拱桥；桥梁病害；加固设计Abstract:Theproblemofrigidframearchbridgeofconcretecracking,widespreadlackofcapacity,seriousdiseases.Inarigidframearchbridgeasanexample,afiniteele

2、mentmodelisbuilt,andanalyzedthecausesofdeficiencyoftheoriginaldesigncalculationandmembersofthetypicaldiseases,andputsforwardsomeconcretecountermeasuresforstrengtheningthebridgedesign.Keywords:rigidframearchbridge;bridge;reinforcementdesign中图分类号：U448.22+1文献标识码：A文章编号：1工程概况6某

3、刚架拱桥桥梁全长44.0m，全宽36.5m，计算跨径36m，矢跨比1/8，横桥向由十二榀刚架拱片组成，各榀拱片之间采用横系梁连接。桥型布置详见图1。本桥于1992年建成通车，经过十几年的运营，桥梁出现了以下主要病害：（1）部分微弯板开裂。（2）实腹段主梁出现了大量贯通裂缝，裂缝间距20-40cm，最大裂缝宽度已经达到1.2mm。主拱腿、次梁均出现不同程度开裂现象。（3）斜立柱出现开裂，最大裂缝宽度已经达到3mm。（4）横系梁混凝土开裂。根据相关单位检测和评定结论，本桥不能满足原设计规定的汽车—20级，挂车—100的设计荷载要求。图1桥梁立面

4、示意图（单位：cm）2空间有限元模型采用MIDAS软件建立桥梁计算模型，全桥节点数948个，梁单元1103个，建立的计算模型如图2所示。边界条件:边次梁端部仅受竖向支撑约束，斜撑和拱腿根部完全固结，实腹段、主拱腿与弦杆交叉的节点部位采用刚性连接处理。图2全桥空间计算模型3病害原因分析3.1内力计算[1]原刚架拱桥设计采用容许应力法控制结构的承载能力，按平面杆系理论，用弹性支撑连续梁的简化方法计算结构荷载在横向分布，不能考虑结构的横向联系构件真实的受力结构形式，导致某些构件或部位内力计算不准确。6刚架拱桥拱片与桥面系组合后形成的T形截面为组合

5、截面，应按组合截面进行强度计算和裂缝验算。而实际拱片与桥面系组合后形成的T形截面的配筋设计时，参考国内有关设计定型图按普通T形截面进行强度计算和裂缝验算，强度计算和裂缝验算的结果与采用应力叠加的组合截面计算结果相比，裂缝宽度验算中的钢筋应力值偏小，结构配筋设计偏不安全。3.2微弯板微弯板开裂主要是由于车轮荷载直接作用在其上形成集中力改变了边界条件，加之微弯板厚仅6cm，原设计计算中将微弯板简化为两端弹性约束的变截面板验算承载力，常只按构造配筋，局部强度低造成。对微弯板进行空间有限元分析可知[2]，微弯板对侧向位移和转角较为敏感，而竖向位移对

6、板应力的影响较小，两端简支条件下的应力较两端固定条件下的应力大。在动力效应影响下，桥梁的整体纵横向刚度削弱，使得微弯板两端发生水平或竖向位移，这样边界条件就趋向于简支而发生附加位移，在板中产生了较大的应力。3.3横系梁6横系梁的裂缝主要是微弯板的侧向水平推力作用而使横系梁受拉所致。另外，由于刚架拱桥结构整体性较弱，横向刚度低，在活载作用下，长期的频繁震动导致刚拱片与横系梁的联结松动，桥梁横向整体刚度降低，引起横系梁内拉应力超出允许值，横系梁损坏后不利于荷载的横向分布，加重桥梁病害。3.4拱片考虑恒载+汽车荷载(含冲击力)+升（降）温影响力作

7、用下的荷载组合，有限元分析计算结果表明，主拱脚与实腹段联结处主拉应力已远大于混凝土的极限抗拉设计强度。拱脚水平位移对实腹段拱产生很大的拉应力。拱脚竖向位移对拱顶处没有什么影响，但对其他截面影响较大，主拱腿根部截面弯矩增大约50%，中弦杆截面增大约2%，其他截面略有减小，幅度在2%以内。拱片在大小节点处的配筋不足且缺少必要的斜向钢筋以抵抗受拉主应力的作用；存在的这些问题影响拱片的承载力和耐久性能，也是产生裂缝的主要原因。4加固设计对策4.1微弯板加固设计要改善微弯板的边界条件，可从二个方面着手，一是加强微弯板与周围构件的连接钢筋，如相邻微弯板

8、之间的连接，微弯板与拱片之间的连接。二是加强微弯板与混凝土6铺装层之间的连接。另外，原设计微弯板厚度6cm偏薄，应增加微弯板厚度，并增大微弯板的配筋率，以提高微弯板的强度和刚度。