刚架拱桥的加固施工分析

马 威

(1.甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730000;2.甘肃新翔桥隧加固维护工程有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 加固原理

由于桥梁结构的特殊性，在加固前在桥梁结构构件或者部件不能卸除自身重力，必须在承受一期恒载的基础上进行加固，待加固补强材料与原桥结构构件或部件粘结成为整体且达到受力强度后承受一期恒载、二期恒载以及活载。因此一期恒载以及一些无法在加固前拆除的二期恒载由原结构承担，活载及后加二期恒载由加固补强后的组合材料截面承担，所以结构受力分析时应考虑材料分阶段受力的特点。

假设一梁桥原结构中的受拉主筋在一期恒载以及一些无法在加固前拆除的二期恒载作用下已经产生了60%钢筋抗拉强度设计值的初始拉应力，待加固后组合材料截面形成强度可以承受外荷载时，此时后加固材料的初始应力为0，它与已经产生了60%钢筋抗拉强度设计值的初始拉应力的原结构材料开始共同承受加固后桥梁的二期荷载以及活载，所以在相同的应力增量下，原结构材料应力往往率先达到材料的极限强度，而后加固补强材料才能发挥出其应有的作用，这种材料受力起点不同而导致的应力迟滞现象类似剪力滞现象，降低了原结构材料的强度储备，它将对结构破坏状态和承载力产生影响，通过分析不难发现其影响程度与原结构应力占所能承受的总应力的百分比直接相关，所占比例越大，新旧材料的应力迟滞现象越明显，对结构破坏状态和承载力产生影响亦越大，因此分阶段进行受力分析对结构破坏状态和承载力的影响是不可忽略的，旧桥加固设计必须严格分阶段考虑结构受力状况。这一点在《公路桥梁加固设计规范》中就有如下规定：增大截面加固桥梁构件的作用(或荷载)效应，按下列两个阶段进行计算。

第一阶段：新浇混凝土层达到强度标准值之前，结构构件按原结构截面计算，荷载应考虑加固时包括原构件自重在内的恒载、现浇混凝土层自重及施工荷载。

第二阶段：新浇混凝土层达到强度标准值后，按构件加固后整体截面计算，作用(或荷载)应包括加固后构件自重在内的恒载、二期作用的恒载及使用阶段的可变作用。

2 案例分析

2.1 桥梁现状

某国道上的一座35 m的刚架拱桥，桥面宽度8.5 m，矢跨比1/8，由3片拱肋组成。该桥修建于1995年，至今已服役十几年，通行重载挂车及拉砂双桥车较多，车流量大。调查发现该桥3片拱肋1/4L～3/4L范围肋底均存在存在不同程度的U 型裂缝(间距20 cm，延伸至拱肋1/3高，最大宽度0.3 mm)；且外侧两边拱肋大节点存在U 型裂缝(部分延伸至微弯板底)；极个别横系梁根部环向裂缝、拱肋交界处竖向裂缝；桥面铺装存在裂缝、坑槽；微弯板破损、开裂；泄水管锈蚀严重等病害。当汽车过桥时拱背处有明显的振感，桥梁总体技术状况评定等级均为4类。

2.2 加固对策

鉴于上述原理及桥梁现有病害，为了充分发挥加固补强材料的采取如下加固对策。

(1)首先封闭交通，拆除原桥面沥青铺装。

(2)然后对刚架拱实腹段(主梁段)等主要承重构件外包钢筋混凝土加固。为了保证混凝土浇筑质量及提高施工便利性，改进传统增大截面的方法，采用外包U型钢板，浇筑自密实混凝土的方法。

(3)最后养护至外包混凝土达到设计强度90%后，重新浇筑桥面整体化层混凝土，施工桥面沥青铺装，开放交通。

这样不仅有助于减轻旧桥原有结构自重，降低原有结构的承受的初始内力，使其应力和应变处在一个较低的水平，减少加固后新结构和旧桥原有结构承受外荷载产生的所分担的应力差值，从而使原有结构材料的强度过度消耗，又能充分发挥加固层的材料强度。

而且对传统的增大截面构造进行了改进，以外包U型钢板作为浇筑增大截面混凝土的模板，不仅能保证混凝土浇筑质量提高施工便利性，也提高了结构耐久性。

2.2 施工措施

(1)首先拆除桥面铺装层，减少桥梁恒载，降低原有结构初始内力；

(2)搭设落地施工支架，拱肋新增外包混凝土过程中采用支架支撑，避免了在新增混凝土受力前给原结构增加初始内力；

(3)对原结构混凝土表面进行凿毛，对拱肋种植钢筋，保证了为使新旧混凝土良好结合，能够协同受力；

(4)钻孔前应先对原结构内部钢筋和钢束进行探测定位，在必要时对孔道坐标位置进行适当调整，以避开原结构钢筋位置。避免在种植锚固螺栓、钢筋的过程中对原结构钢筋造成破坏。

(5)在主拱肋加固施工完毕后，进行桥面整体化层混凝土浇筑及铺装层施工。

3 总 结

(1)刚架拱桥的加固属带载加固，在加固设计结构计算时需考虑结构的分阶段受力特点。

(2)在制定刚架拱桥的加固对策时应采用不伤害或者少伤害原有结构方案，在此基础上，尽可能降低原有结构的承受的初始内力，使初始应力和应变处在较低的水平，减少原有结构材料的强度过度消耗，充分发挥加固层的材料强度。

(3)施工中应严格按照设计施工顺序进行。

(4)制定加固对策及施工措施都应按照结构分阶段受力的特点进行考虑，确保在能发挥新结构材料强度的同时，原结构材料强度有一定强度储备，不至于使被加固结构从加固前的不利状态转换为加固后的不利状态，从而降低了预期的加固效果，使被加固后桥梁的使用安全性也得不到充分保障。