增大截面法加固钢筋混凝土拱桥分析

王俊华 方国强

(北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015)

桥梁加固补强的方法很多，但是基本上可以划分为两大类:第一类为改变结构体系，调整结构内力，减轻原梁负担;第二类为增大截面尺寸和配筋，加固薄弱构件。针对不同的桥型，不同的加固位置可以采用不同的方法，也可几种方法同时使用。增大截面法通过增大构件的截面和配筋，提高构件的强度、刚度及抗裂性能，从而实现对原有结构加固补强的作用。

本文以一座钢筋混凝土拱桥采用增大截面法加固改造为工程背景，对改造前后的桥梁性能进行分析比较，评析其加固效果。

1 旧桥简介和评估

某桥为单孔净跨90 m的钢筋混凝土单室薄壁箱形截面悬链线拱桥，拱轴系数m=1.347，净矢跨比为1/9，桥面实测宽度为7.6 m。拱上建筑由立柱、横梁、纵梁和微弯板组成连续刚架式拱上结构，箱形主拱圈宽5 m，高1.7 m，顶板为微弯板。施工方案采用转体施工，于1986年建成。原设计汽车荷载为汽—15级、挂车—80级。2011年经某检测机构检测和评估评定为四类危桥。检测到的旧桥主要病害如下:主拱圈拱脚至1/4跨径范围局部存在裂缝以及钢筋锈蚀，拱上立柱出现大量裂缝，桥面铺装磨光、露骨，栏杆损坏、缺失。

2 加固设计方案

根据有关部门的要求，拟加固汽车荷载为公路—Ⅱ级。经计算，原桥立柱、横梁、纵梁等拱上建筑以及主拱圈均不能满足公路—Ⅱ级汽车荷载作用下的承载能力要求。因此加固采用拆除原拱上建筑，用增大截面法加固主拱圈底板、顶板后，重新浇筑立柱及桥面板等拱上建筑。

经综合比选后采用如下加固施工顺序:拆除原拱上建筑，修补主拱圈裂缝并处理钢筋锈蚀部位，加固主拱圈(植筋并浇筑底板、顶板混凝土)，现浇拱上建筑，安装护栏，浇筑桥面铺装。

3 结构验算与分析

文献［1］规定，钢筋混凝土箱板(肋)拱桥采用吊架方式增大主拱混凝土截面加固时，可采用下述2种方法进行主拱验算:根据加固后的组合截面，按照文献［2］相关规定进行主拱截面强度以及整体“强度—稳定”验算;按照文献［2］相关规定，采用作用(荷载)标准值组合，根据应力叠加计算的新旧混凝土组合截面上下缘不宜出现拉应力且压应力应满足下式要求:σa≤0.75fck。其中，fck为混凝土强度标准值，按照文献［3］取值。

根据实际施工过程，假定未拆除的原桥恒载以及新增拱圈混凝土均由原拱圈截面承担，新建拱上建筑、新增拱圈收缩徐变、温度活载以及汽车活载由新旧混凝土组合截面共同承担。

3.1 结构计算模型

根据文献［2］规定，拱上建筑为梁(板)式结构的拱桥的计算，不应考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用。故主拱圈按照无铰裸拱计算，拱圈加固计算模型如图1所示。

图1 主拱圈加固计算模型

3.2 主拱截面强度以及整体“强度—稳定”验算

主拱圈加固前后的截面强度以及整体“强度—稳定”验算详见表1、表2。表中轴力N为最不利工况下包括恒载、考虑了冲击的公路—Ⅱ级汽车活载、收缩徐变和温度作用的轴力组合设计值。

表1 加固前后截面强度验算

表2 加固前后整体“强度—稳定”验算

表3 加固前后原拱圈截面应力验算 MPa

增大截面法加固拱桥会增加拱桥承受的恒载，从而使得拱桥加固后轴力设计值比加固前有所增加。同时由于截面的增大，抗力也会相应增加，从而使得加固后轴力设计值不会超过抗力。从表1，表2中可以看出，主拱圈加固前拱脚的截面强度不满足规范要求，其余特征截面的截面强度以及整体“强度—稳定”均满足规范要求;主拱圈加固后主拱圈特征截面的截面强度以及整体“强度—稳定”均满足规范要求，且安全储备比加固前要大。

3.3 原拱圈截面应力验算

主拱圈加固前后的原拱圈截面应力验算详见表3。从表3中可以看出，主拱圈加固前拱脚的截面应力不满足规范要求，其余特征截面的截面应力均满足规范要求;加固后主拱圈特征截面的截面应力均满足规范要求，且除拱脚截面应力减小外，其余特征截面应力均有所增大。增大截面法加固拱桥会增加原拱圈承受的恒载，从而使得原拱圈除拱脚附近截面应力减小(这是由于局部加厚了拱脚附近的底板厚度)外，其余拱圈截面应力均有所增大。

4 结语

通过对某钢筋混凝土拱圈的有限元模型计算结果分析，从承载能力和应力进行比较，证明了增大截面法加固拱桥是十分有效的。但是增大截面法会增加原拱圈截面的内力、应力，应注意控制其大小。

［1］JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范［S］.

［2］JTG D61-2005，公路圬工桥涵设计规范［S］.

［3］JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.