復(fù)合式剛架拱橋加固方案設(shè)計

陳 敏

（江西省交通投資集團吉安管理中心，江西 吉安 343700）

0 引言

剛架拱橋以自重輕、構(gòu)件數(shù)量少、施工便捷、經(jīng)濟性能好等優(yōu)勢在20世紀八九十年代期間被大量修建。據(jù)不完全統(tǒng)計顯示，我國剛架拱橋修建累計達3萬余延米[1]。隨著服役時間的增長，也凸顯出整體性能差、穩(wěn)定性不足、大量開裂、承載能力不滿足現(xiàn)在迅猛發(fā)展的交通需求等問題[2]。但對比拆除重建而言，對其結(jié)構(gòu)的加固不僅能夠節(jié)約60%~70%成本[3～4]，還可以大大減少工期，對交通影響降至最低。

1 工程概況

巴彥岱大橋設(shè)計荷載標準為汽－超20級、掛車－120，橋面分布4.5m人行道+1m分隔帶+6m慢車道+3m分隔帶+17m快車道+3m分隔帶+6m慢車道+1m分隔帶+4.5m人行道，共計寬46m。因全橋較寬，故橫向設(shè)置分為左幅、中幅、右幅。其中左幅和右幅相同，為人行道、1.0m分隔帶和慢車道橋，中幅為快車道橋。立面圖如圖1所示。

圖1 橋梁立面圖

根據(jù)《巴彥岱大橋健康評估報告》，巴彥岱大橋主要病害為：全橋各拱肋間橫向聯(lián)系較差，拱肋局部出現(xiàn)豎向裂縫。各結(jié)構(gòu)部位均存在一定的病害情況，為進一步確認本橋的健康狀況，進行結(jié)構(gòu)驗算。

2 原結(jié)構(gòu)計算

2.1 有限元模型建立

采用Midas/civil有限元結(jié)構(gòu)計算軟件，建立有限元模型，對該橋進行內(nèi)力計算。鑒于左、中、右幅橋成對稱結(jié)構(gòu)布置，且獨立受力，故取左幅（5片拱肋）和中幅（7片拱肋）分別進行有限元建模計算。橋面系結(jié)構(gòu)以荷載的形式作用于梁結(jié)構(gòu)上。

2.2 加固前承載力驗算結(jié)果

原橋加固前驗算工況組合考慮最不利情況，左幅橋是人行道和慢車道作用，中幅橋為快車道橋，主要考慮公路－II級產(chǎn)生的車道活載，另外應(yīng)考慮自重恒載、升降溫20度等荷載影響。根據(jù)以上荷載組合得到最不利情況下原橋的內(nèi)力值，再選擇5處最不利截面，即肋拱腳截面、L/8、L/4及L/2截面進行正截面承載力驗算。

經(jīng)驗算結(jié)果顯示，原橋中幅4#肋拱L/2截面在某工況下出現(xiàn)拉應(yīng)力170.61kN，拱橋本是受壓構(gòu)件，因此承載力不足。

3 加固方案設(shè)計及驗算

3.1 加固方案

從檢測報告中可以看出，該剛架拱橋因拼裝構(gòu)件較多，且服役時間較長，拱肋間橫向聯(lián)系較弱，為提高巴彥岱大橋的整體性，提高協(xié)同受力能力，因此增設(shè)鋼筋混凝土橫向聯(lián)系。

具體方案為每片拱肋的L/4～3L/4范圍底板粘貼厚度為6mm的鋼板，并外箍U型鋼板條，鋼板條的凈距為30cm。為解決剛架拱橋橫向聯(lián)系較弱等問題，增強整體性，故在各拱肋及各幅橋之間增設(shè)厚度為15cm鋼筋混凝土橫系梁。

3.2 加固模型建立

加固后仍采用Midas/civil有限元軟件，對結(jié)構(gòu)開展內(nèi)力計算。鑒于增設(shè)橫系梁，提高了拱肋間的整體性能，可作為整體結(jié)構(gòu)進行建模，共計17片拱肋。但考慮左、中、右幅橋中心對稱，可簡化計算，取左幅橋+1/2中幅橋拱肋，共計9片肋進行計算。加固后的截面采用組合截面。

3.3 加固后驗算結(jié)果

加固后驗算中的各個工況組合情況與左幅加固前使用階段荷載組合相同。根據(jù)有限元軟件空間模型內(nèi)力計算結(jié)果，選擇最不利截面，進行正截面承載力驗算。

表1 加固后L/2正截面承載力驗算

4 結(jié)論

本文通過對巴彥岱大橋加固前后的有限元分析，得到以下結(jié)論：

（1）加固前，巴彥岱大橋出現(xiàn)豎向開裂、整體性能較差等問題，運用MIDAS/Civil有限元軟件進行計算，中幅4#肋的L/2正截面在某工況下出現(xiàn)了軸向拉力170.61kN，按照偏心受拉構(gòu)件計算，承載力不滿足要求，亟需加固。

（2）通過經(jīng)驗和常用加固方案的比選，決定對拱肋的L/4～3L/4采用增強橫向聯(lián)系和粘貼鋼板組合的方式進行加固，經(jīng)驗算，所有肋各截面正截面承載力滿足使用要求，并有效地封閉裂縫和提高了結(jié)構(gòu)的剛度，加固有效。