空腹式石拱桥加固方法探析

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1、空腹式石拱桥加固方法探析　　摘要：通过利用钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固的技术和加固减载法，阐明了加固减载法的特点和机理。更需要考虑边坡的整体稳定性。结合重庆秀山县贵塘桥工程实例，提出了加固措施，得出加固方案的经济效益和社会效益。关键词：石拱桥；加固减载法；工程应用；中图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：0引言由于早期修建的部分桥梁设计标准偏低，随着经济的发展交通量也随之迅速增长，特别是20世纪70年代到80年代修建的桥梁，材料与结构均出现不同程度的自然老化，加之自然灾害频发带来的破坏作用，车辆超重、限重的影响，造成

2、众多桥梁存在安全隐患，亟需加固。据统计，重庆现有公路桥梁近4500座，危桥和需要提高荷载等级的桥梁有1000余座，其中80%以上是石拱桥，石拱桥坍塌具有突变性，带来的危险性更大。然而，拆除旧桥修建新桥不仅投资较大，而且还需要中断交通，不符合科学发展的要求。因此，采用加固补强等方法来恢复、提高荷载能力、延长使用寿命，尤为重要。据此，本文以重庆市秀山县洪安镇贵塘村贵塘桥加固工程为例，探讨实腹式石拱桥的加固设计方法。71加固减载法此种方法主要用于当桥梁承受荷载的能力和地基基础承载力受到限制，无法满足石拱桥截面加固增强和提高活载所需的

3、承载力时采用，主要通过减轻桥梁的恒载来提高活载能力的一种行之有效的方法。通常情况主要以下几种方法：1）采用钢筋混凝土套箍，封闭主拱圈来加固；2）降低路面标高，减少拱上填料并换填轻质材料；3）将实腹式改为空腹式，做成钢筋混凝土钢架。由于拱圈所承受荷载与拱上建筑密切相关，因此采用钢筋混凝土套箍封闭主拱圈和减轻恒载来提高承载力，同时要对加固前和加固后的受力进行详细计算。严格按照《公路圬工桥涵设计规范》进行，以确保拱圈受力的均衡，如果原桥的主拱圈受力不能满足承载要求，还需首先加固主拱圈，其次在拆除和新建拱上建筑。1.1加固减载法特点1

4、）采用钢筋混凝土套箍主拱圈加固技术，可在原桥的基础上提高35%以上的承载力；2）通过减轻拱上建筑来减小主拱圈的应变，其次采用钢筋混凝土套箍加固主拱圈，这样不仅符合拱桥加固施工程序，而且可以使新旧拱圈共同受力；3）调整拱轴线趋于合理，使主拱圈的内力得到重新分配；74）减小拱上建筑的恒载和主拱圈的应力，降低拱圈出现裂纹的几率；5）可以提高桥梁荷载等级，缩短工期。1.2加固减载机理1）截面增大机理：通过增大主拱圈的截面，使新旧拱圈紧密结合，共同承受荷载从而提高承载能力。拱桥理想状态为全截面轴心受压，但由于拱上建筑的影响，多处于偏心受

5、压状态，而主拱圈在恒载作用下的应力主要由轴力和弯矩产生应力组合而成，具体受力如图1所示。图1荷载作用下截面应力图图中上下缘应力分别为：（1）（2）式中的是钢筋套箍侧面层经换算后的宽度和厚度；是加固换算后的截面抗弯模量。采用钢筋套箍封闭加固发现，截面抗弯模量相对要有所大幅提高，同时明显减小，因此加固后的主拱圈截面其极限承载力得到明显提高。72）减轻恒载：石拱桥一般主要由主拱圈和拱上建筑组成，而其中主拱圈需要承受传递荷载的构建和填充物，这使得石拱桥的自重加大，尤其是实腹式石拱桥。因此在加固时减轻这些荷载是十分有效的。假设实腹式石拱

6、桥的路面材料、拱腹填料和拱上填料的容重分别为，所对应的弯矩分别为，则荷载产生的弯矩为。（3）式中分别为路面厚度、拱顶填料和主拱圈厚度。通过换填拱上填料、重新铺装桥面后，拱桥的路面材料、拱腹填料和拱上填料的容重均得到减小，幅度可达30%～50%，从而主拱圈所受恒载的弯矩和轴力将得到降低。3）内力分布：根据胡可定律可知，拱截面上的任意一点处的正应力和正应变的关系为,进而得出：（4）式中：主拱圈截面抗弯惯性矩，；K为单位长度转角的增量。在进行加固时，一般拱脚加固的高度要大于拱顶的高度，这样会使拱脚的刚度要明显大于拱顶的刚度，而超静定

7、内力分布于刚度有关。从式（4）中可以看出，在刚度大的区段能承受较大的弯矩，因此可以得出在拱脚的加强对拱顶的受力具有卸载的作用。可见加固减载法符合主拱圈的内力分布规律，所以其效果显著。2工程实例2.1工程概况7秀山县贵塘桥位于秀山县洪安镇贵塘村，是洪安至峨溶公路起点，与国道319线相接。桥梁全长60m，跨径为8.0m+24m+8.0m，桥面全宽6.5m（图1）。该桥已服务四十余年，最初设计荷载等级偏低，结构本身已出现不同程度的病害情况。图1桥梁现状图由于桥梁服务年限过长，相对于现有交通量，原桥的截面尺寸偏小，横向连接也较差；在车

8、辆长期荷载、地基不均匀沉降等作用下，导致拱腹出现裂缝及破损。调查分析表明，桥梁主要存在以下病害：（1）砌体表面呈不同程度的风化，雨水侵蚀严重；（2）拱腹出现开裂现象，纵向裂缝较宽，贯穿拱圈，最大宽度达到2cm；（3）桥面出现坑槽，而且桥面宽度不够，满足不了现状交通的需求2.2