某剛架拱橋維修加固方案研究
2015-08-04
1.工程概況
該橋位于國(guó)道（104）K744+025處，橋梁全長(zhǎng)63.9米，橋面寬度組合為1.75+12.0+1.75米，上部構(gòu)造為1×50米的剛架拱，橫向布置5片拱片，拱片籍以橫系梁、微彎板及混凝土橋面鋪裝連接成整體；下部U形橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋梁設(shè)計(jì)荷載為汽—20級(jí)，掛—100。于1987年11月建成。
該橋建成時(shí)間早，服役時(shí)間長(zhǎng)，加之交通量增長(zhǎng)較快及超載，自然條件因素等影響，結(jié)構(gòu)存在一定程度損傷。為了確保該橋的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)，根據(jù)對(duì)該橋的相關(guān)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)該橋進(jìn)行維修加固設(shè)計(jì)，以改善橋梁工作性能和結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況。
2.橋梁主要病害
從該剛架拱橋的質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)考察可知，其存在的主要安全隱患為：
(1)橋面鋪裝存在開裂、磨損和骨料外露現(xiàn)象，個(gè)別部位出現(xiàn)破碎、塌陷、鋼筋外露銹蝕等現(xiàn)象。橋頭與路堤連接處橫向開裂，臺(tái)背路面發(fā)生輕微沉陷；
(2)拱頂下沉，即剛架拱橋的主拱圈軸線發(fā)生了很大變形；
(3)拱橋的伸縮縫變形、局部開裂；
(4)人行道欄桿混凝土膨脹脫落、個(gè)別缺失；
(5)橫隔梁、微彎板普遍存在開裂現(xiàn)象，且剛架拱的上弦桿、主節(jié)點(diǎn)、次節(jié)點(diǎn)結(jié)合位置出現(xiàn)了較多裂縫。
3.維修加固原則
本次加固設(shè)計(jì)荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行公路Ⅱ級(jí)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。
橋梁的維修加固應(yīng)從以下幾個(gè)角度進(jìn)行考慮：
(1)維修加固方案及現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)盡量減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的損傷，保證原有結(jié)構(gòu)保留部分的安全性與耐久性。橋梁經(jīng)維修加固后，其結(jié)構(gòu)性能、承載能力及耐久性等都能滿足使用要求。
(2)為準(zhǔn)確了解舊剛架拱橋的受力特征和對(duì)加固方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算, 采用MIDAS建立該舊剛架拱橋加固前、加固后的三維有限元模型，進(jìn)行舊剛架拱橋加固前、加固后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，從而提出合理的加固橋梁方案，通過復(fù)核計(jì)算證明加固設(shè)計(jì)的可行性及合理性。
4.維修加固方案
依據(jù)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果和橋梁的主要病害情況，對(duì)該橋提出以下維修加固方案。
4.1橋面鋪裝
(1)將原橋面鋪裝更換為聚丙烯纖維鋼筋混凝土鋪裝，設(shè)雙向1.5%橫坡，并植入豎向剪力鋼筋，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體受力性能。
(2)設(shè)置毛勒伸縮縫，使車輛平順通過，減小車輛沖擊作用。
(3)更換人行道護(hù)欄為防撞護(hù)欄。
(4)兩橋頭分設(shè)8米長(zhǎng)橋頭搭板。
4.2主要承重構(gòu)件
(1)采用粘貼異型鋼板法對(duì)主拱片大小節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，并在鋼板外層均勻涂抹防銹漆對(duì)鋼板進(jìn)行防護(hù)。
(2)對(duì)斜撐接點(diǎn)、拱腿接點(diǎn)采用粘貼鋼板帶進(jìn)行加固。
(3)對(duì)弦桿及實(shí)腹段采用粘貼鋼板帶的方法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。
注意：在對(duì)主拱片實(shí)腹段、弦桿及大小節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固前，應(yīng)該對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行封閉。寬度b>0.15mm的裂縫采用灌漿法進(jìn)行封閉，寬度b<0.15mm的裂縫采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行封閉。
(4)對(duì)拱腿根部位置采用增大截面的方法進(jìn)行加固。
4.3一般承重構(gòu)件
(1)對(duì)橫系梁進(jìn)行更換
對(duì)橫系梁進(jìn)行更換，新橫系梁采用鋼板焊接和鋼筋植入相結(jié)合的方法進(jìn)行加固，同時(shí)對(duì)橫系梁與主拱片聯(lián)接處的角鋼做更換。
橫向鋼筋需鉆孔穿過實(shí)腹段、弦桿以及拱腿混凝土，鋼筋鉆孔安裝完畢后采用壓力灌漿的方法進(jìn)行灌注結(jié)構(gòu)膠錨固。
(2)將微彎板拆除，更換為整體現(xiàn)澆橋面。
4.4對(duì)其它構(gòu)件缺損的處理
對(duì)構(gòu)件出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土脹裂脫落以及其它缺損的部位，采用環(huán)氧砂漿、改性砂漿等方法進(jìn)行修補(bǔ)處理。
5.施工過程中的注意事項(xiàng)
(1)在拆除原橋面鋪裝混凝土?xí)r應(yīng)嚴(yán)格按照以下程序和原則進(jìn)行：拆除原橋面鋪裝混凝土應(yīng)嚴(yán)格按照橫橋向?qū)ΨQ拆除，拆除孔的位置必須同時(shí)對(duì)稱，以避免產(chǎn)生較大的不對(duì)稱水平推力，保持橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載壓力平衡，保證橋跨結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，以確保安全施工。
(2)粘貼鋼板時(shí)，應(yīng)盡可能在橋面系拆除后或?qū)⒑爿d卸至最小時(shí)進(jìn)行，以使粘貼后的鋼板更好地參與橋跨結(jié)構(gòu)受力。因粘貼鋼板與混凝土的塑性不同，在溫度、濕度發(fā)生驟變的情況下，將導(dǎo)致鋼板與原混凝土發(fā)生分離，所以在粘貼鋼板時(shí)要避免發(fā)生這種變形梯度。
(3)橫系梁進(jìn)行更換時(shí)，應(yīng)遵循邊拆除邊澆筑的原則，拆除以及澆筑是嚴(yán)格按縱橋向?qū)ΨQ拆除，每孔每次拆除的橫系梁不能超過2道。
(4)施工期間，考慮到新加混凝土澆筑期間對(duì)原結(jié)構(gòu)的恒載作用，應(yīng)盡量減小車輛的作用荷載，減少車輛震動(dòng)影響混凝土初凝以及新老混凝土的結(jié)合效果。在加固施工期間建議封閉交通，要加強(qiáng)交通管制，采取必要的安全措施，確保施工人員及路上行人的安全。
(5)施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)注意觀測(cè)、分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，如有超出本設(shè)計(jì)范疇的應(yīng)及時(shí)報(bào)告，以便補(bǔ)充設(shè)計(jì)。
6.結(jié)語
該剛架拱橋的維修加固方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
加固效果好。不但增加了剛架拱的抗力強(qiáng)度，而且極大地提高了橋梁的
整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)剛度。
節(jié)約橋梁改造資金。課題組近幾年成功維修加固十余座橋梁，統(tǒng)計(jì)加固
費(fèi)用不到新建橋梁造價(jià)的三分之一。
施工簡(jiǎn)單方便，加固時(shí)間短。
