套箍法加固混凝土拱桥的收缩徐变效应数值模拟分析

（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 南岸 400074）

套箍法加固混凝土拱桥的收缩徐变效应数值模拟分析

周宪滔

（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 南岸 400074）

本文以重庆市黔江峡谷景区渡水桥主拱圈套箍加固为算例，利用大型有限元软件MIDAS/FEA建立全桥的数值仿真模型。分别计算加固前后考虑收缩徐变与不考虑收缩徐变时的各控制截面应力值，从而得出收缩徐变对采用套箍加固法加固的拱桥的影响。包括收缩徐变对老桥的影响，套箍层收缩徐变对老拱圈的影响以及老拱圈对新浇筑套箍层应力的影响。

套箍法；收缩徐变；拱桥加固

0 引言

套箍加固法加固拱桥主拱圈技术通过沿原主拱圈环向周边增设一层钢筋混凝土套箍层,形成复合主拱圈。该技术利用复合主拱圈协调变形、共同承担活载的原理,达到增大主拱圈刚度、强度,提高桥梁承载力的目的[1]。采用该方法加固拱桥已经得到广泛的应用。套箍法加固主拱圈，因为涉及到不同龄期混凝土的联合作用，新老混凝土收缩徐变也必然会相互影响。本文以重庆市黔江区峡谷景区渡水桥加固改造工程为例，利用大型有限元软件Midas/FEA建立该混凝土拱桥的三维精细化的数值模型，进而对采用混凝土套箍加固法加固拱桥过程中混凝土收缩徐变对结构的影响以及新老混凝土收缩徐变过程中相互的影响进行分析。

1 数值模拟

1.1 工程概况

黔江峡谷景区渡水桥为主跨120m的等截面悬链线箱板拱，矢跨比1/6，拱轴系数2.24。主拱圈加固措施为混凝土套箍加固法，拱背、拱侧、拱腹厚度均20cm，加固层采用C40微膨胀自密实混凝土，新旧混凝土采用植筋方式锚固连接。主拱圈采用C40混凝土，拱上立柱与桥面空心板采用C30混凝土。

1.2 模型建立

采用有限元软件Midas/FEA建模过程中，假定套箍层与原拱圈之间黏结良好不考虑其相对滑移。[2]其中原拱桥采用Midas/FEA中自动划分网格功能，采用以六面体为主导的单元或四面体单元。套箍层混凝土采用在原拱圈截面析取的板单元模拟，使套箍层截面与原拱圈截面共截面，从而达到模拟拱圈的加固作用。建立的三维实体单元模型，以及套箍层的模型如下图所示：

套箍加固计算模型

1.3 分析计算

原拱桥主拱圈在采用套箍方式加固后，考虑到原拱圈与套箍层混凝土龄期相差较大，通过上述对原拱圈各阶段应力的比较分析可得原拱圈混凝土收缩徐变引起的应力变化已经趋于稳定，而此阶段加固层混凝土收缩徐变刚刚开始，因而套箍层混凝土收缩徐变将会对原拱圈应力造成一定影响。为了分析套箍层新浇筑混凝土收缩徐变对原混凝土拱圈的影响，下面将分别分析考虑收缩徐变的情况下采用套箍加固后的混凝土拱桥主拱圈各阶段的纵向应力变化情况。其应力测点分布如下图所示。

纵向应力测点分布图

初始加固阶段，加固完成1年，加固完成5年的拱圈截面纵向应力计算结果如下表所示。

套箍加固后各控制截面纵向应力随时间变化值 单位（Mpa)

截面位置测点位置 加固初期 加固1年加固5年上缘1 -6.86 -3.07 -3.75拱顶上缘2 -5.21 -8.03 -7.47下缘3 -1.70 -3.55 -3.05拱圈截纵向应力下缘4 -1.71 -3.77 -3.25上缘1 -5.24 -8.14 -7.63 1/4跨上缘2 -4.28 -6.88 -6.34下缘3 -3.45 -5.75 -5.28下缘4 -3.49 -5.76 -5.29上缘1 -2.38 -3.35 -3.12拱脚上缘2 -2.01 -3.16 -2.87下缘3 -6.89 -9.13 -8.83下缘4 -6.84 -9.03 -8.75

2 结论

（1）新浇筑混凝土收缩徐变对原拱圈应力的影响主要集中在加固后一年内。

（2）套箍层混凝土的收缩徐变对原拱圈的应力有较大的影响。除拱顶a1测点应力减小3.1Mpa外，其余各测点纵向应力增大1.9-2.4Mpa。

（3）上述计算结果说明新浇筑套箍层混凝土收缩徐变使得原拱圈纵向应力大幅提高。由于计算中假设套箍层与原拱圈黏结良好，不发生相对滑移。而实际上原拱圈与套箍层之间会有一定的相对移动，因此计算结果与实际情况还是存在着一定的差异。即计算得到的套箍层收缩徐变对原拱圈应力的影响程度要小于上述计算结果，因此可以通过上述计算方法偏安全的考虑套箍层收缩徐变对对原拱圈应力的影响。

[1]刘思孟.钢筋砼套箍封闭加固拱桥技术研究[D].重庆交通大学硕士学位，2004.

[2]倪玲.增大截面法加固拱桥承载力验算方法研究[D].重庆交通大学硕士学位，2009.

U45

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1007-6344（2017）08-0016-01