框架式肋板復合結構加固圬工拱橋方法初步研究

徐國鋒

摘要：框架式肋板復合結構加固圬工拱橋方法是在不破壞原有板拱結構的基礎上，通過在拱腹增加縱向拱肋和橫隔梁，形成縱肋和橫隔梁組成的框架式復合結構來共同受力；可依據拱橋寬度的實際情況，增加或減少縱向拱肋并通過橋墩、臺傳遞至原有基礎，從而充分利用原橋并發揮舊橋的潛在承載力，提高結構的整體承載能力和整體剛度。

Abstract： The method of strengthening the masonry arch bridge with frame-type ribbed composite structure is to form frame-type composite structure of longitudinal rib and the transverse beam through adding the longitudinal rib and the transverse beam in the arch on the basis of not destroying the original arch structure. It can increase or decrease the longitudinal arch ribs and pass through the pier and table to the original foundation based on the actual situation of the arch bridge width， so as to make full use of the original bridge， play the potential capacity of the old bridge and improve the bearing capacity and overall stiffness of the overall structure.

關鍵詞：框架式肋板復合結構；拱肋；橫隔梁；仿真分析：承載能力；剛度

Key words： frame-type ribbed composite structure； arch rib； transverse beam； simulation analysis： bearing capacity； stiffness

中圖分類號：U445.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0124-02

0 引言

在以往橋梁檢測過程中，發現圬工拱橋主拱圈拱腹存在不同程度的縱橋向及橫橋向裂縫，初步分析成因主要為結構在偏心力作用下不同位置截面上緣或下緣會產生拉應力，而圬工結構抗拉能力較低所致。

1 圬工拱橋病害成因分析

圬工拱橋拱腹存在不同程度的縱橋向及橫橋向裂縫，主拱圈砌縫砂漿脫落、砌石局部缺失等病害成因主要包含以下幾方面：

①橫向裂縫的產生：在圬工拱橋砌筑過程中，拱軸線的設計可避免自重產生的偏心力矩，但汽車及溫度等荷載作用下，偏心力在不同位置截面上緣或下緣會產生拉應力，而圬工結構抗拉能力較低，導致圬工拱橋橫向裂縫的出現。②縱向裂縫的產生：圬工拱橋連接主要依靠砌縫砂漿或砌石之間設置齒縫連接，當運營時間較長時，隨著砌縫砂漿強度降低及齒縫之間的松動會導致橫向連接剛度減弱，在汽車偏載作用下導致縱向開裂，同時橋面滲水凍脹開裂也是其中一個原因。③砌縫砂漿脫落、砌石缺失：由于圬工拱橋建設年代較早，橋面防水設置不完善，導致主拱圈受水侵蝕，砂漿強度降低后松散、砌石局部脫落缺失。

2 框架式肋板復合結構加固圬工拱橋方法仿真分析

圬工拱橋建設年代較早，但其良好的結構受力模式使其承載能力潛力較大，加固利用的性價比較高，目前有關圬工拱橋采用增大截面法及錨噴法加固后組合截面承載力的計算方法，具有一定局限性，有待進一步補充完善。在圬工拱橋加固方法的不斷摸索中，在對圬工拱橋進行結構仿真分析后提出了框架式肋板復合結構加固圬工拱橋方法，即在圬工拱橋拱腹隨拱軸線型增加縱橋向鋼筋砼拱肋及多道橫隔梁，通過圬工砌體良好的受壓能力及鋼筋砼結構良好的受拉能力以滿足當前荷載標準要求。

2.1 仿真模型的建立

①本次仿真模型采用工程實例進行分析，前長皋橋位于遼寧省朝陽市，全橋共計3孔，單孔凈跨徑為25m，上部結構為空腹式等截面懸鏈線石板拱橋，主拱圈厚度為70cm，矢跨比為1/4，拱軸系數m=2.814，建成于1980年。②分析采用midas/Civil 2015有限元程序中的實體單元進行，全橋共計8.2萬個單元?？紤]圬工拱橋運營36年，加固后拱腳拱腹處按固結模擬，拱背加厚處按鉸接模擬，主拱圈中孔拱腳處考慮其相鄰拱圈傳遞的水平變位影響。③施工階段模擬為10個施工階段，即從擴大基礎的砌筑到橋面系等二期荷載的施加，最后考慮10年的收縮徐變影響。④加固后采用現行公路橋梁汽車荷載等級公路-Ⅰ級，整體升溫按19度考慮，整體降溫按20度考慮；拱頂截面計入汽車沖擊系數；拱腳截面計算不計入汽車沖擊系數。（圖1）

2.2 仿真計算結果分析

2.2.1 施工恒荷載作用結果 在施工恒荷載作用下，拱腹新增鋼筋砼拱肋（黃色區域）均為受拉區域，原主拱圈砌體（藍色區域）均為受壓區域，計算分析結果表明施工恒荷載考慮收縮徐變影響后原主拱圈砌體最大平均壓應力為1.2MPa，下緣新增鋼筋砼拱肋最大平均拉應力為2.6MPa。（圖2）

2.2.2 汽車荷載作用結果 在汽車荷載作用下，拱腹新增鋼筋砼拱肋（紅、黃色區域）局部范圍為受拉區域，原主拱圈砌體（藍、綠色區域）均為受壓區域，計算分析結果表明汽車荷載作用下原主拱圈砌體最大平均壓應力為0.9MPa，下緣新增鋼筋砼拱肋最大平均拉應力為1.7MPa。（圖3）

2.2.3 從以上計算數據可以看出，該橋加固完成投入運營后，考慮溫度作用效應進行組合后原結構主拱圈上緣壓應力為3.1MPa，下緣鋼筋砼拱肋拉應力為5.9MPa，加固后的復合截面新、舊結構均能滿足規范要求，以上計算僅取拱頂截面進行分析，其余截面經驗算均滿足規范要求，證明本文中的方法可行。

3 結束語

采用本方法實際加固圬工拱橋過程中，需保證新增鋼筋砼拱肋及橫隔梁與原圬工拱橋主拱圈結合面有效連接，保證二次受力時新增結構與原結構共同受力，協調變形，本加固方法經工程實例驗證后，目前運營良好，為圬工拱橋加固利用提供了一種新的思路。

參考文獻：

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