双曲拱桥维修加固处理研究

肖珏

摘 要：双曲拱桥自上世纪60年代诞生以来，就一直在我国交通运输及国民经济建设中担任重要角色。很多已经年久失修，文章结合永州市道县岑江渡双曲拱桥加固改造工程实例，在广泛查阅双曲拱桥相关文献的基础上，介绍了对主拱圈箱形拱改造同时拱背加厚综合加固法的方案，运用MIDAS软件对加固前后桥梁的强度进行了验算。

关键词：双曲拱桥；加固改造设计；MIDAS

中图分类号：U448.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）11-0153-02

1 工程概况

岑江渡双曲拱桥地处永州市道县，是G207上的一座重要桥梁，该桥始建于1969年，老桥设计荷载等级不详，设计、施工、竣工资料缺失，未对基础地质条件进行探明，地质情况不明。通过对其进行现场测量和数据恢复，桥梁上部结构为3—净35 m双曲拱桥，拱上建筑采用拱式腹拱结构，拱轴线采用悬链线，拱肋为钢筋混凝土拱肋，拱轴系数m=2.24，净矢高5.833 m，矢跨比1/6，拱圈为等截面。该梁下部结构采用重力式桥墩台扩大基础。桥面宽为8.28 m（7.08 m行车道+2×0.6 m防撞栏杆），桥梁总长127.0 m。由于该桥使用时间长、设计标准低、加上长期的超载车辆通行，导致该桥部分结构损坏。经检测，该桥已成为4类危桥，如图1和图2所示，急需对其进行维修加固处理，以消除安全隐患，改善交通条件。

2 维修加固建议

岑江渡双曲拱桥在运营了几十年后主体结构存在不同程度的损伤和病害，难以确保设计荷载下使用期安全和具有足够的使用寿命，特别是在超载普遍存在的情况下，加固和改造是必须的。建议对该桥进行如下加固处理。

①对结构表面裂缝进行灌浆封缝处理，防止内部钢筋腐蚀、混凝土碳化；②更换拱上砂砾填料，设置防水层；将拱上侧墙松动、移位部分更换；更换桥面系和桥面排水设施；③对台后部分填土进行换填，同时将3#台右侧耳墙鼓胀部位拆除重建，对砌体勾缝缺失部位进行补勾缝；④双曲拱肋拱截面转换为箱形拱截面，同时加厚拱背和增大拱脚截面。

3 主拱圈加固设计方案

①在主拱圈拱肋底面之间增加15 cm厚C40现浇钢筋硂板，将双曲拱肋拱截面转换为箱形拱截面。②在靠近每个拱脚的主拱圈背部（二个腹拱段）先将拱波间凹部浇平，再在拱背上增加10～20 cm厚C40现浇钢筋混凝土拱板，采用植筋方法使新增钢筋混凝土与原拱圈连接，增大拱脚截面，使拱脚处承受负弯矩的能力得到加强。如图3所示：

4、维修加固前结构内力计算与验算

4.1 内力组合计算

考虑到建模时将主拱圈截面组合为一个整体以及材料老化等原因，混凝土折减按C25砼相关参数进行计算和验算。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、桥面系荷载）+1.4（移动荷载）组合为承载能力极限状态。如图4所示：

4.2 加固前承载能力验算

仅列出第一跨主拱圈，见表1：

通过计算第一跨主拱圈1/4 L拱脚截面附近和第三跨主拱圈3/4 L拱脚截面附近不满足0.6 s要求。0#台拱脚、第一跨3/4 L附近处、1#墩拱脚、第二跨3/4 L附近处、2#墩拱脚、第三跨3/4 L附近处以及3#台拱脚不满足抗压要求，既主拱圈截面强度不满足公路—II荷载等级要求，需要对主拱圈进行加固。

4.3 刚度验算

岑江渡双曲拱桥在一个桥跨范围内的正负挠度的绝对值之和的最大值为35.963 mm，按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），大于规范规定的计算跨径的1/1 000（35.000 mm）。所以，岑江渡双曲拱桥刚度已经不满足要求。如图5所示：

5 箱形拱改造法加固后结构内力计算与验算

5.1 箱形拱改造法加固后MIDAS建模

①单元的划分：全桥主拱圈为等截面箱形截面，每个构件的单元划分与维修加固前单元划分一样，全桥共划分为431个单元。②荷载、构件连接以及边界条件：与维修加固前相关设置一样。如图6所示：

5.2 箱形拱改造法加固后内力分析

箱形拱改造法加固后承载能力验算：（仅列出第一跨主拱圈），见表2：

通过验算第一跨主拱圈1/4L拱脚到跨中截面、第二跨跨中、2#以及第三跨跨中到主拱圈3/4L截面附近不满足0.6 s要求。0#台拱脚附近以及3#台拱脚附近不满足正截面强度计算，既主拱圈截面强度不满足公路—II荷载等级要求，仍需对加固方法进行改进。

6 综合法加固后结构内力计算与验算

6.1 建模及说明

全桥主拱圈、立柱、桥墩及腹拱圈采用梁单元建模，全桥共划分为431个单元。每个构件的单元划分与维修加固前单元划分一样。荷载和构件连接与边界条件等也与维修加固前单元划分一样，如图7所示：

6.2 内力计算与验算

①内力计算。计算中将新增混凝土C40砼按C30砼相关参数进行计算和验算，不考虑主拱圈新增混凝土与老混凝土收缩徐变的不统一。1.2（一期主拱圈、立柱、腹拱圈等自重）+1.2（二期拱上填料、桥面系荷载）+1.4（移动荷载）组合为承载能力极限状态，如图8所示：

②加固后承载能力验算。通过计算主拱圈截面偏心距满足0.6 s要求，主拱圈也满足抗压要求。通过加固后主拱圈截面强度满足公路—II级荷载等级要求，并具有一定的安全储备。承载能力极限状态（1.2恒荷载+1.4移动荷载）下验算结果见表3（仅列出第一跨）。

从加固后的分析验算看出，结构的正截面强度、应力、和刚度均满足规范要求，并具有一定的安全储备。从稳定分析模型的计算结果可以看出，拱肋的稳定性安全系数远远大于规范规定的4～5，故本结构在正常使用荷载作用下不会存在结构失稳的问题。再通过加固前后对比分析发现，综合加固法加固后的挠度最小，见表3：

7 结 语

通过计算分析，设计了合理的维修加固方案，既运用箱形拱改造同时拱背加厚综合加固法对岑江渡双曲拱桥进行了维修加固，通过对岑江渡双曲拱桥的维修加固研究总结出结论：

①同仅采用箱形拱改造法相比，综合加固法（箱形拱改造同时拱背补强综合法）通过在主拱圈拱脚区段的拱背上浇筑混凝土，使跨中撓度明显减少，从而满足刚度要求。

②对像岑江渡双曲拱桥同类型桥，选择合理的加固方案至关重要，仅采用箱形该改造法，主拱圈截面附近无法满足偏心距小于0.6 s要求，同时拱脚处也不满足抗压要求，而宜采用箱形拱改造同时拱背补强综合法。

参考文献：

[1] 湛润水，周锦中.双曲拱桥加固改造成套技术[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2] 姚玲森.桥梁工程（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 胡东.双曲拱桥加固技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2008，（15）.