双曲拱桥加固设计与力学性能改善探讨

陈通江

（贵州省黔东南州交通建设工程质量监督站，贵州 黔东南州 556000）

1 工程概况

某双曲拱桥建于1972年，运营时间达38年，设计荷载为汽-13、拖-60。全桥总长155.5m，跨径组合3×30mm，桥面净宽7.0m+2×1.3m（人行道），主拱圈为6肋5波左右各悬半波。桥跨结构构造如图1。

图1 桥跨布置图

2 桥梁病害状况

2.1 各拱肋主要病害为蜂窝麻面，纵向裂缝，混凝土剥落、露筋、锈蚀等。

2.2 各跨拱波均有6～7条纵向裂缝，有渗水和白色晶体析出，最大裂缝宽度1.2mm，裂缝超长超宽。

3 加固设计要点

将主拱圈以“化整为零”的方法按先后顺序进行施工，再以“集零为整”的方式组合成承重的整体结构。根据检测资料，对旧桥进行加固：

3.1 拱背：在拱背增加钢筋砼12cm厚。

3.2 主拱圈：在拱肋两侧面及底面均加厚20cm砼；在两桥台前4米范围内现浇拱肋底板20cm厚。

4 加固设计验算及有限元模型分析

4.1 适用规范及验算荷载：

适用规范及荷载：采用《桥通规D60》、《圬桥规D61》，公路Ⅱ级。

图2 有限元计算模型

恒载+公路Ⅱ级Mmax+温升、

恒载+公路Ⅱ级Mmin+温升、

恒载+公路Ⅱ级Mmax+温降、

恒载+公路Ⅱ级Mmin+温降。

4.2 有限元分析及模型建立

4.2.1 模型建立及荷载模拟

本文以桥梁主跨为例，采用Midas/civil建立平面梁单元模型，计算模型如图2所示。

4.2.2 截面特性及荷载定义

截面高度h=1.0m，截面型心y上=0.75m、y下=0.25m；w上=0.0936m3、w下=0.2808m3。二期恒载：人行道、桥面铺装合计75KN/m计算。

4.2.3 模型计算结果

①承载力验算：计算各控制截面在恒载、活载及温度荷载作用下的内力结果。按四种荷载组合取最不利组合，组合结果如下表1。

表1 最不利荷载组合结果

该桥主拱圈加固前富余量不足截面，在加固后得到显著提高，各控制截面在最不利荷载组合下有较大的富余量，加固后可满足公路Ⅱ级要求。

②基础应力验算：

经计算，加固后最不利工况下的应力最大增量为0.23MPa。因原桥地勘数据缺失，无法计算加固后地基应力值。从现场勘查并查找相关规范，该桥地基岩石容许承载力大于4.0MPa，远大于加固后应力增量。

5 结论

本文针对双曲拱桥主要特点，通过增大主拱圈截面，将拱肋与拱波连成整体，共同完成了跨越与承载的功能，以克服双曲拱桥“结构组成划分过细，整体性能差，容易出现裂缝”的弊病，有效地提高主拱圈的整体性；为抵抗拱脚较大的负弯距，增大了拱脚处拱背混凝土厚度，明显改善了拱脚受力，从而改善主拱圈受力性能；采用换填轻质填料的方法，减轻原桥上部构造的恒载，改善原桥受力状况，提高承受活载的能力。

总之，在采用现行规范要求下，该桥加固成果满足荷载等级公路Ⅱ级的承载能力要求，明显提高双曲拱桥的整体性，加固效果显著。说明该加固设计方案是可行的，对目前我国病危双曲拱桥的加固分析和设计具有一定的借鉴意义。

[1]周建庭,张劲泉,刘思蒙.大中型桥梁加固新技术[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]谌润水,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.