某剛架拱橋維修加固方案研究
2015-08-04
1.工程概況
該橋位于國道（104）K744+025處，橋梁全長63.9米，橋面寬度組合為1.75+12.0+1.75米，上部構造為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，鉆孔灌注樁基礎；橋梁設計荷載為汽—20級，掛—100。于1987年11月建成。
該橋建成時間早，服役時間長，加之交通量增長較快及超載，自然條件因素等影響，結構存在一定程度損傷。為了確保該橋的長期安全運營，根據(jù)對該橋的相關檢測結果，對該橋進行維修加固設計，以改善橋梁工作性能和結構技術狀況。
2.橋梁主要病害
從該剛架拱橋的質量檢測評價報告及現(xiàn)場考察可知，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、次節(jié)點結合位置出現(xiàn)了較多裂縫。
3.維修加固原則
本次加固設計荷載等級標準按現(xiàn)行公路Ⅱ級進行加固設計。
橋梁的維修加固應從以下幾個角度進行考慮：
(1)維修加固方案及現(xiàn)場施工應盡量減少對原有結構的損傷，保證原有結構保留部分的安全性與耐久性。橋梁經維修加固后，其結構性能、承載能力及耐久性等都能滿足使用要求。
(2)為準確了解舊剛架拱橋的受力特征和對加固方案進行結構檢算, 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，進行舊剛架拱橋加固前、加固后的結構內力分析，從而提出合理的加固橋梁方案，通過復核計算證明加固設計的可行性及合理性。
4.維修加固方案
依據(jù)質量檢測結果和橋梁的主要病害情況，對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，設雙向1.5%橫坡，并植入豎向剪力鋼筋，以增強結構的整體受力性能。
(2)設置毛勒伸縮縫，使車輛平順通過，減小車輛沖擊作用。
(3)更換人行道護欄為防撞護欄。
(4)兩橋頭分設8米長橋頭搭板。
4.2主要承重構件
(1)采用粘貼異型鋼板法對主拱片大小節(jié)點進行加固補強，并在鋼板外層均勻涂抹防銹漆對鋼板進行防護。
(2)對斜撐接點、拱腿接點采用粘貼鋼板帶進行加固。
(3)對弦桿及實腹段采用粘貼鋼板帶的方法進行加固補強。
注意：在對主拱片實腹段、弦桿及大小節(jié)點進行加固前，應該對混凝土裂縫進行封閉。寬度b>0.15mm的裂縫采用灌漿法進行封閉，寬度b<0.15mm的裂縫采用環(huán)氧膠泥進行封閉。
(4)對拱腿根部位置采用增大截面的方法進行加固。
4.3一般承重構件
(1)對橫系梁進行更換
對橫系梁進行更換，新橫系梁采用鋼板焊接和鋼筋植入相結合的方法進行加固，同時對橫系梁與主拱片聯(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行灌注結構膠錨固。
(2)將微彎板拆除，更換為整體現(xiàn)澆橋面。
4.4對其它構件缺損的處理
對構件出現(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、改性砂漿等方法進行修補處理。
5.施工過程中的注意事項
(1)在拆除原橋面鋪裝混凝土時應嚴格按照以下程序和原則進行：拆除原橋面鋪裝混凝土應嚴格按照橫橋向對稱拆除，拆除孔的位置必須同時對稱，以避免產生較大的不對稱水平推力，保持橋梁上部結構恒載壓力平衡，保證橋跨結構的整體穩(wěn)定性，以確保安全施工。
(2)粘貼鋼板時，應盡可能在橋面系拆除后或將恒載卸至最小時進行，以使粘貼后的鋼板更好地參與橋跨結構受力。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，將導致鋼板與原混凝土發(fā)生分離，所以在粘貼鋼板時要避免發(fā)生這種變形梯度。
(3)橫系梁進行更換時，應遵循邊拆除邊澆筑的原則，拆除以及澆筑是嚴格按縱橋向對稱拆除，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原結構的恒載作用，應盡量減小車輛的作用荷載，減少車輛震動影響混凝土初凝以及新老混凝土的結合效果。在加固施工期間建議封閉交通，要加強交通管制，采取必要的安全措施，確保施工人員及路上行人的安全。
(5)施工時應隨時注意觀測、分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，如有超出本設計范疇的應及時報告，以便補充設計。
6.結語
該剛架拱橋的維修加固方案具有以下優(yōu)點：
加固效果好。不但增加了剛架拱的抗力強度，而且極大地提高了橋梁的
整體穩(wěn)定性，增強了結構剛度。
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)計加固
費用不到新建橋梁造價的三分之一。
施工簡單方便，加固時間短。
