既有拱桥行车道板截面转化加固技术

既有拱桥行车道板截面转化加固技术

陈智勇,1,贺国银,2

（1.  重庆市市政设施运行保障中心，重庆，400010；

（2.中国城市建设研究院有限公司重庆分院，重庆，400064）

【摘要】本文以大跨度箱形拱桥为例，对拱桥行车道梁病害及加固措施进行剖析，结合工程实例提出采用一种行车道梁结构置换的加固改造措施，从而提高板梁承载力及全桥耐久性，为以后的工程建设提供一定的借鉴作用。

【关键词】 箱形拱桥 行车道梁 加固措施 截面置换

1 引言

据统计,我国现有一半以上的公路桥梁为拱桥,约占世界同类拱桥的1/3以上。由于旧桥梁设计标准偏低，随着交通量的迅猛发展等原因，且大部分桥梁己经运营多年；造成其承载能力降低，急需维修加固[1]。

装配式钢筋混凝土箱形拱桥是我国山地丘陵地区较常采用的一种桥型,但随着交通量的增加及交通荷载的增大,部分即有拱桥行车道主梁出现较大病害,根据主梁实际状况对病害严重部位进行置换或维修加固,以达到提高全桥承载能力要求,是必要且可行的。

2 拱桥行车道梁病害机理分析及常用加固措施

大跨度箱形拱桥行车道板多以简支梁为主,其与梁式桥梁受力模式基本一致;主要由以下三个要素决定,即:荷载（恒载、活载）作用产生的内力（弯矩）、主梁截面的面积决定的截面几何尺寸特性（惯性矩、几何抗弯弹性模量）、以及主梁材料的自身强度决定。

当外界条件改变，如荷载增加、超限、超重车辆等，对桥梁构件引起内力增大，超过主梁结构和材料强度的容许范围时，势必造成主梁受拉部位开裂、破损、承载力下降；伴随着运营年限的增加，各种外界因素导致材料性能恶化、强度降低，将造成原桥承载力下降、开裂、破损，最终成为危桥。

尽管目前桥梁加固方法和技术“百花齐放”，方法较多，提高承载能力的方法和技术种类繁多，但基本原理却是相同的，单归纳起来不外乎属于从外因和内因两个角度对桥梁结构进行加固补强。

1）从外因角度通过结构性能改变，提高构件的承载力；第一种措施拟采用增大构件截面面积；其目的是增加主梁截面的惯性矩和几何抗弯模量。第二种措施拟增加构件的强度；对构件采用环氧砂浆、粘贴钢板、粘贴碳纤维布等高强材料，增加构件的强度，都是属于这种加固方法和技术；通过增加构件的强度，使荷载对构件产生的拉应力小于补强材料的强度，从而达到加固构件，提高承载力目的。

2）从内因角度通过调整内力提高构件的承载能力；改变原桥结构体系，采用将简支结构体系改变为连续体系，加入支撑改变原结构跨径，或通过外加预应力将构件结构从单纯的纯弯构件变为压弯构件，减少原桥主梁承受的荷载内力，从而达到提高构件承载能力。

综上所述，无论采用那种加固措施，其目的均为减少主梁承受的拉应力或增大主梁承受的拉应力的能力，满足结构受力的需要，提高原桥梁的承载能力。并随着科学技术的不断进步和发展，目前涌现出新材料，新技术也在促进桥梁加固和改造技术的进步。

3 工程实例

3.1 工程概述

本文以某大跨径箱形拱桥，行车道板采用小跨径简支T梁为依托，提出一种切实可行的行车道梁加固方法，为以后的工程提供一定的参考价值。

某箱形拱桥全桥长约383m，桥面净宽为13.0m=净9.0m(车行道)＋2×2.0m(人行道)；主桥上部结构为2×150m上承式钢筋混凝土箱形拱桥，拱圈横向分为7片预制闭合箱形拱，采用缆索吊装施工；主拱空腹段桥面采用钢筋混凝土简支T梁，梁高0.5m，宽1.05m；桥梁于2001年建成通车，距今运行已20多年。

据现场调研，桥面行车道T梁存在如下缺陷、病害情况：两侧人行道位置T梁普遍存在翼缘板破损露筋、钢筋锈蚀，并沿铰接缝渗水泛碱，部分T梁铰接缝失效；T梁中横隔板普遍存在混凝土破损、露筋，连接失效等缺陷，部分T梁端横隔板混凝土破损、露筋；T梁及横隔板破损混凝土存在坠落风险；T梁梁端腹板底部混凝土破损、空洞；两侧T梁翼缘板开洞、露筋。

3.2行车道梁加固思路

根据桥梁现状及检测资料，针对行车道梁采用如下加固措施：拆除拱上填料、T梁等拱上建筑；采用轻集料混凝土作为拱上填料；更换行车道梁支座；重新预制吊装C40钢筋混凝土“π”梁（双T梁），梁高52cm，顶板宽180cm，梁肋宽18cm，翼缘板端部厚13cm、根部厚15cm。其维修加固主体思路就是将原结构较薄弱的“T”型梁更换为稳定性高、承载能力强、耐久性好的“π”型梁。

3.3行车道梁加固改造措施

行车道梁拆除新建施工顺序：①纵横向对称拆除桥面铺装及其他附属设施；②每跨拱上横向共布设12片T梁，两孔拱桥同时对称拆除1/4跨处的左边2片与右边2片T梁→拱脚处的左边2片与右边2片T梁→拱顶处的左边2片与右边2片T梁；③安装拆除位置的“π”型梁，顺序为两孔拱桥的拱顶→拱脚→1/4跨；④依次从边梁至中梁循环二三步骤；⑥纵横向对称拆除实腹段拱上填料并对称换填轻质混凝土；⑦纵横向对称安装桥面铺装及其他附属设施。

图改造后主桥有限元模型

采用有限元计算软件建立全桥计算模型,分析评价各构件的承载力,根据病害情况及承载力分析结果对该桥行车道梁采用截面转化加固维修，结果表明,改造后在不增加原桥主拱恒载的情况下，行车道梁承载荷载力大幅度提高，满足相应的规范要求。

4 结论

1）任何桥梁在建成后的运营过程中，由于荷载的长期作用及自然环境的影响，将不可避免地出现损伤及耐久性降低。

2）将单片纵向不稳定，纵湿接缝多、横向联系弱的“T”型梁更换为横向联系强、稳定性高、承载力强、耐久性好的“π”型梁，作为一种加固新思路、新方法是可行且有效的。

3）通过有限元计算分析采用截面置换后的行车道梁对原主拱圈整体受力更为有利，且能满足使用要求、并使其耐久性得到保证，提高相应的经济和社会效益。

参考文献

【1】 堪润水, 胡钊芳.公路旧桥加固技术与实例[M].北京:人民交通出版社，2002.

【2】 王国鼎，袁海庆，陈开利编著.桥梁检测与加固[M].北京： 人民交通出版社，2003

【3】 王葆茜，王冲 .公路拱桥常见病害与加固技术.道路工程.2013.02.

【4】 李金明.钢筋混凝土箱形拱桥加固方法探讨.交通科技.2009.11.