某大跨度双曲拱桥维修加固设计与研究

摘 要 随着社会经济的发展，我国的交通运输行业有了飞速的发展，同时交通运输与流动量大大增加。为了保证桥梁的正常使用和安全的前提下，针对城市内建设超过20年的老旧桥梁进行了全面的检测和监测。本文对D级状态下的双曲拱桥结构维修加固，适当提高荷载等级进行了研究和设计，使桥梁在安全的前提下能够更久的服务两岸居民出行做出贡献。

关键词 桥梁设计；维修加固；加固措施；应用

引言

随着社会经济的发展，我国的交通运输行业有了飞速的发展，同时交通运输与流动量大大增加。为了保证桥梁的正常使用和安全的前提下，针对城市内建设超过20年的老旧桥梁进行了全面的检测和监测。本文对D级状态下的双曲拱桥结构维修加固，适当提高荷载等级进行了研究和设计，使桥梁在安全的前提下能够更久的服务两岸居民出行做出贡献。

风采大桥位于韶关市浈江区风采路，横跨浈江，东接启明路，西连风采楼。该桥于1975年5月筹建，1979年底建成通车。桥梁采用双曲拱的结构形式，有三跨相同主拱横卧江面，彰显着古朴优雅的历史文化氛围。风采橋是连接韶关市区与浈江区桥梁之一，在日常的生活中起着重要的作用。桥梁全长约341m，跨径组合形式为3×25m（板拱）+3×72m（双曲拱）；桥面总宽12m，桥面横向布置为：2 m（人行道）+8.00m（车行道）+2.00m（人行道）。下部结构为重力式混凝土桥墩，桥面为沥青混凝土铺装层。风采桥东、西桥头分别与浈江河道两岸道路相连，西桥头引道长约27m，连接东堤中路平交口；东桥头引道长约140m，连接执信路交叉口。

风采桥建成使用至今已接近40年，经过多年的运营，主拱拱肋、拱波、腹拱、立墙、墩台、桥面系等均出现不同程度的病害。随着交通量的日益增长和使用荷载的提高，该桥已存在一定的安全隐患。为避免桥梁发生安全事故，目前桥梁管养单位对其采取了限高、限载等安全措施。

1 主要病害及检测结果

广东省建设工程质量安全监督检测总站于2014年对风采桥进行了检测并提交了检测报告。报告检测结论及建议如表1所示：

韶关市风采桥各动、净载试验跨承载能力满足汽车-13级的设计荷载等级的运营使用要求，但结构安全储备不足[1]。

2 原桥结构破损机理分析及计算

拱式桥梁最主要的受力构件是主拱圈，主拱圈结构受力状况由三个因素决定，即荷载（包括活载和恒载）作用产生的内力；主拱圈截面积、抗弯惯性矩或几何抗弯弹性模量；主拱圈材料的自身强度等。双曲拱桥的拱圈是由拱肋、拱波、拱板组成的组合截面，截面整体性差，再加上设计、施工的经验不足以及其他种种原因，容易产生裂缝。

造成双曲拱桥破坏的原因主要有：①设计经验不足造成的设计缺陷；本桥拱上建筑形式不合理，是导致腹拱拱肋开裂的主要原因；②原设计荷载等级较低，而现行荷载超过原设计荷载等级，虽然采用了限载限行的措施，但砼开裂是不可逆过程，一旦出现裂缝只能通过加固维修处理；③材料性能达不到使用要求，施工质量有缺陷；④养护不利，根据现场观测，主桥建成后仅进行了常规管养，没有大修过[2]。

3 结构计算分析

风采桥有限元计算模型见下图。模型由主拱圈、立墙、桥面系几部分组成，采用midas civil 2015软件进行建模、计算。

3.1 设计荷载

（1）桥面系恒载（填料顶面以上）

根据原设计图以及调查实桥情况而定，按照原桥设计图实际情况输入。

3.2 原设计结构主要计算结果

结论：由上表汇总结果可见，主拱肋各典型截面基本处于小偏心受压状态。拱肋L/4截面的承载力可以满足受力要求。拱脚、拱顶截面的承载能力不足。一方面需要通过轻量化处理并调整拱上恒载分布，降低主拱肋各截面组合内力；另一方面需要加固补强，可考虑在拱脚拱肋顶缘加设钢筋砼面层，在跨中拱肋底缘粘贴钢板以满足受力要求。

4 桥梁加固方法及内容

加固方法采用增强横向联系、增大截面、粘贴材料相结合的方法进行加固；并于加固前卸除部分恒载（拆除桥面系、拱上填料），对各部位病害，采取有针对性的加固措施。尽量做到加固后减载并且控制减载幅度，避免因恒载调整引起原结构受力状态的大幅变动。具体加固内容如下：

（1）针对桥面系病害，拆除重建桥面系。其中人行道挑梁需增大截面，加强挑梁刚度，增加挑梁配筋，提高强度；更换人行道栏杆，减轻拱上荷载；改桥面板为现浇连续板，改善结构整体性能。

（2）腹拱圈因其结构强度偏弱产生裂缝，出现纵向裂缝的局部拆除重建；全部腹拱在拱底喷涂3cm厚聚合物砂浆并贴附双向式碳纤维网格。

（3）拱上立墙主要病害为蜂窝麻面及混凝土剥落露筋等，作表面常规修补。

（4）主桥主拱拱波纵向裂缝注浆修补后，在拱波底面粘贴碳纤维布方式加固。

（5）拱肋间横梁增大截面，增强其横向联系，使其横向刚度加强，拱肋实现共同受力；

（6）主桥主拱圈采用加大截面尺寸以及粘贴钢板的方法进行补强。主拱圈拱脚至L/8区段范围内，在拱板顶缘现浇15cm厚C40钢筋混凝土；跨中约34m区段范围内，在拱肋底缘粘贴钢板进行加固。新老混凝土的连接采用植筋工艺。

（7）引桥板拱对裂缝注浆修补后，在拱底喷涂3cm厚聚合物砂浆并贴附双向式碳纤维网格。

5 结束语

经过以上的加固措施后，重新计算显示，桥梁能满足在汽-13荷载下安全使用，达到了预期的目标，但是后期还是要限载和监测。

参考文献

[1] 张俊平.桥梁检测与维修加固.第2版[M].北京：人民交通出版社，2011：187.

[2] 张劲泉，王文涛.桥梁维修与加固手册.下册[M].北京：人民交通出版社，2007：51.

作者简介

曹旭东（1984-），男，汉族，大学本科，工程师，研究方向：路桥设计。