双曲拱桥的常见病害及加固方法研究

双曲拱桥的常见病害及加固方法研究 张东进 (华东交通大学, 南昌 330013) 马 俊 霍德锋 (辽宁省公路勘测 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 公司,沈阳 110000) 摘 要 双曲拱桥的拱肋强度、横向联系不足, 以及由于地基和设计引起桥墩位移等病 害,使许多桥梁的承载能力有所下降。为适应日益发展的公路交通需要, 继续对其进行加固维 修和技术改造。 关键词 双曲拱桥 上部结构 病害 加固 拓宽 双曲拱桥出现于 20世纪 60年代中期, 是最具 我国民族特色的一种桥型。这种拱桥的拱圈横截面 由一个或数个小拱组成。由于主拱圈的纵向及横向 均呈曲线型,故称之为双曲拱桥。其主要特点是将 主拱圈以 /化整为零0的方法按先后顺序施工, 再以 /集零为整 0的组合形式进行整体结构承重。由于 它具有造价低、材料省、设备少、施工快、工艺简单、 结构轻巧美观等优点, 一经出现便得以迅速推广。 但是随着经济的日益发展,交通运输量急剧增大,双 曲拱桥的一些通病, 比如通过力差、强度低、整体性 弱等日益突出, 这极大地影响了桥梁的正常使用。 为适应日益发展的公路交通需要, 急需对其进行加 固维修和技术改造。 1 双曲拱桥的常见病害 ( 1) 拱肋强度不足而引起承载力的降低 拱肋是双曲拱桥主拱圈的重要承重部分, 它与 拱圈共同承受全部恒载和活载,是主要的受力构件。 因此, 当其抗弯强度和刚度不足时,往往会使承载能 力降低,同时也会引起其他构件的损坏,拱肋病害主 要体现在拱脚上缘和拱顶下缘区段。 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为严重的 裂缝, 拱顶下沉, 拱脚纵向钢筋锈胀开裂等。 ( 2) 横向联系不足而引起结构失稳 横向联系对于拱圈的横向整体性起着十分重要 的作用。当拱肋间无横向联系或横向联系强度不足 时,在集中荷载 (车辆荷载 )作用下, 各拱肋的横向 受力是不均匀的,会使拱波产生纵向裂缝,势必降低 桥梁的横向稳定性。有横向联系的拱圈, 各拱肋间 的受力和变形是比较均匀, 而且随着横向联系的加 强,各拱肋间的变形就更趋一致。由于横向联系的 设立, 是单片的拱肋在横向联成整体,形成了一个拱 型框架。从而大大加强了拱肋的横向刚度, 保证了 拱肋的横向稳定性。 ( 3) 墩台位移而引起破坏 拱桥与梁桥的区别在于前者存在水平推力, 双 曲拱桥自重较大, 其相应的水平推力也较大。当设 计、施工不当或地基承载力不足时,往往容易引起墩 台较大水平的位移和沉降。由于位移和沉降较大, 必将出现拱圈下沉、开裂、拱肋与拱波分离、侧墙与 拱肋分离、空腹小拱或裂缝等损坏现象。 ( 4) 拱上填料排水不畅等引起侧墙鼓肚破坏 双曲拱桥侧墙发生鼓肚,一般是由于排水不良, 填土内聚积大量水分而造成膨胀, 也可能是砌筑质 量不佳引起的。 ( 5) 桥面病害 造成桥面破损的主要原因是铺装层无钢筋、混 凝土强度低、表面磨损、腐蚀、老化。 2 双曲拱桥的加固与拓宽方法 双曲拱桥的维修加固, 除对下部构造采取措施 外, 上部主要是指对拱肋的加强、拱横向联系的加强 以及上部结构填料的调整工作。 2. 1 扩大拱肋截面加固法 ( 1) 外包钢筋混凝土加大拱肋 这种方法是通过外包钢筋和混凝土加大加厚拱 肋, 从而扩大拱肋的截面尺寸,增加拱肋断面的含筋 率或变无筋拱肋为有筋拱肋,提高拱肋的抗弯刚度。 有两种情况: ¹ 拱肋与拱波结合良好,只是由于拱肋强度不 足而出现径向裂缝。 在这种情况下,可以仅在拱肋下部加大截面,使 拱肋下缘形成马蹄形。在这个方法中由于新老混凝 #53#第 11期 辽 宁 交 通 科 技 土的结合不是十分理想, 所以用锚固筋来增强新老 混凝土的结合,并支承新增的钢筋骨架。 º 不仅拱肋本身出现径向裂缝,而在拱肋与拱 波连接处结合不良出现环向裂缝。 在这种情况下新增的钢筋混凝土不仅外包了拱 肋也包过了拱肋与拱波的结合面。在增大拱肋截面 的同时,也增强了拱肋与拱波之间的整体性。应当 注意在浇筑外包混凝土之前,要对环向裂缝和径向 裂缝进行封闭处理。外包混凝土中应设主筋和箍 筋,并通过锚固筋与原拱肋连成整体。 ( 2) 粘结钢板加固拱肋 适用情况:拱肋径向裂缝等严重病害,主拱圈整 体受力性能不良,导致承载能力下降。 为了加固双曲拱桥拱肋的强度, 可以在拱肋表 面清理整洁后,用环氧砂浆粘结钢板方法来提高其 承载能力。在拱圈产生裂缝或承载能力不足时,采 用该法效果明显。粘结钢板的位置主要置于拱肋界 面下, 可成条整板 (或分块焊接 )在拱圈弧形范围内 间隔粘结,为使钢板能够粘结牢靠,可分块粘结以后 再焊接。 2. 2 锚喷混凝土加固拱肋 锚喷混凝土是借助喷射机械采用压缩空气将混 凝土混合料通过管道高速喷射到需要补强的部位 (平面或曲面 ),以增大该部位的承载能力。需要补 强的部位一般是圬工或钢筋混凝土构件, 通常是先 将锚杆锚入拟补强的部位,挂设补强钢筋网,然后再 喷射一定厚度的混凝土, 新喷射的混凝土或钢筋混 凝土与原结构形成组合截面,共同承受外部荷载。 锚喷混凝土不需振捣,而是在高速喷射时,由水 泥与骨料反复撞击而使混凝土压实。锚喷混凝土水 灰比比较小 (通常为 0. 4~ 0. 5) ,初凝时间短, 早期 强度高,粘结性好, 新老混凝土结合牢固, 能够传递 拉应力和剪应力。 2. 3 加厚拱板 适用情况: 双曲拱桥的拱肋较强, 拱波比较薄 弱,特别是当横向联系不强时, 拱波顶出现纵向裂缝 时。 拱波的纵向裂缝一般集中出现在拱顶与 L /4之 间。加固时须将拱上填料拆除,先用混凝土将波谷 填平, 再沿全桥宽浇筑混凝土, 拱板内设钢筋网。也 可沿拱波背等厚度的浇筑拱板。为使新旧拱板粘结 为整体,需要将拱背的混凝土凿毛,并冲洗干净。 2. 4 增强拱肋间的横向联系加固 由于双曲拱桥 /化整为零 0的施工方法使截面 的整体性较差。早期修建的双曲拱桥,横向联系大 多比较薄弱,特别是采用预制安装法施工的横向梁 更为突出。 适用情况:横向联系薄弱引起拱肋变形,拱波纵 向裂缝发展迅速,致使桥梁整体受力性能下降。 增强横向联系主要采取两种方法: ¹增大横向联系的刚度, 如普遍采用的改横系 梁为横隔板。 º增加横向联系数目, 在拱顶和每个腹拱墩 (或立柱 )的下面, 一定要有横向联系, 其余部分每 隔 3~ 5m也必须设置一道横向联系。此外在所有 拱肋分段的接头处,均需设置刚度足够的横隔板一 道。 采用以上方法设置横向联系,可使拱圈的受力 比较均匀,避免因横向联系不足而产生各种问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 2. 5 改变结构体系加固 具有拱式拱上建筑的双曲拱桥, 由于实腹段的 存在,不便于从拱背加强拱圈,只好采用从拱腹加强 拱圈的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 。常导致造价较高,质量欠佳,还不同程 度的增大了桥梁的自重。所以可以将拱式拱上建筑 改为梁式拱上建筑,从拱背全面加强拱圈。 适用情况:桥梁上、下部主要受力构件情况基本 完好,填料排水不畅, 导致拱上侧墙外倾,桥面病害 严重。 为了减轻具有拱式拱上建筑的旧拱桥的结构自 重, 拆除拱上建筑中所有的传力结构 (拱上填料、侧 墙、护拱 ) ,使主拱和腹拱的拱背完全暴露, 再在主 拱的拱背上按一定施工程序浇筑钢筋混凝土或混凝 土,其厚度按受力情况确定。一般拱脚处有较大负 弯矩,故应浇筑较厚的钢筋混凝土。同时主筋应伸 入拱座内,保证其锚固长度。拱顶处一般承受较大 的正弯矩,故拱顶区段浇筑普通混凝土即可。此时 主拱圈即成为变截面的组合截面拱。然后接高腹拱 墩,以后即按梁板式的施工程序完成全桥施工。由 于拱上建筑即有梁又有拱 (腹拱一段留座施工支 架 ) ,故称为梁拱式拱上建筑。 另外对于拱上建筑损坏严重而主拱圈质量尚好 的双曲拱桥,可以将原拱上建筑拆除,以原拱圈作为 下弦杆,增设腹杆以及上弦杆后将原双曲拱桥改造 为桁架拱桥。 2. 6 调整拱轴线和压力线加固改造双曲拱桥 适用情况:对主拱圈变形过大,实际拱轴线与压 力线的偏离较大的仅仅对主拱圈截面进行补强加固 并不能有效改善主拱圈受力情况的双曲拱桥。 #54# 辽 宁 交 通 科 技 2005 常用的方法: ¹ 调整拱上的恒载分布 通过采用不同单位重的拱上填料,改变拱上填 料厚度或在腹拱上增加压重等措施, 改变实际压力 线位置,使其与拱轴线吻合。 º 加大拱圈截面 加大拱圈截面, 并在沿跨长不同压段采用不同 的截面尺寸,调整实际拱轴线位置。 » 减轻拱上建筑自重 减轻拱上建筑自重也是一种调整拱上恒载分布 的手段,主要是针对基础承载能力较低的双曲拱桥。 方法有降低桥面标高,减少以至完全取消拱上 填料或使用轻质拱上填料, 将腹拱的重力式横墙挖 空或改造为钢筋混凝土立柱等。 2. 7 用顶推法消除桥台变位 适用情况:由于地基软弱或基底处理不当,桥台 产生较大水平位移和沉降而导致主拱圈变形, 影响 上部结构的正常使用。 常用的方法: ¹ 在一端桥台的拱脚处安装顶推装置,将拱肋 自拱脚向跨中方向顶推, 使两拱间的相对位移减少 以至消除,减轻因桥台水平位移对拱桥所产生的危 害。 º 在后台挖槽,将受力管用大吨位千斤顶往桥 台方向顶进,使其与桥台共同受力,以改善桥台受力 状态。 3 双曲拱桥的拓宽改造 ( 1) 采用一桥两做 当桥梁宽度较大,要求拓宽较多时, 可采用 /一 桥两做 0的办法。即在原桥上游或下游, 平行的建 一座新桥,新旧两桥在力学性能上彼此独立。因两 桥之间用绿化带或变形缝分开,故在温度变化、混凝 土收缩和墩台变化等因素作用下, 两桥之间无约束 作用。但在使用功能上, 又共同组成一座完整的桥 梁。 ( 2) 设置悬臂挑梁 这种方法不拓宽桥梁下部结构。仅仅是卸去原 桥人行道、栏杆、路面面层和基层等桥面系构造。从 桥梁跨中起向桥梁两侧每隔适宜距离设置一道挑 梁, 再在挑梁上布设行车道板和人行道板等桥面系 结构。 4 加固双曲拱桥的注意事项 ( 1) 加固后的桥梁在使用荷载作用下, 原有结 构和新增加的结构各部分的强度、刚度和裂缝,均应 符合现行设计规范要求。 ( 2) 当仅要求提高桥梁的活载能力时, 加固改 造工作可以在原有结构保持恒载应力状态下进行。 此时,原有结构的全部恒载和加固后增加的恒载,均 由原构件承担。活载由原结构和新增加的构件共同 承担。 ( 3) 采用截面增大法进行旧桥加固时, 由于新 旧结构的材料性质或混凝土之间的收缩不同, 会引 起结构内力的重新分布, 在新旧材料或新旧混凝土 的衔接面上将出现较大拉应力, 容易出现裂缝而影 响到结构的整体性。因此, 必要时要进行收缩力的 验算。为减小混凝土收缩的不利影响,尽可能采用 性能相近的材料进行加固。 5 结语 桥梁的维修加固是一项深入细致的、有较大技 术难度的工作。尽管每座旧桥的情况各不相同, 具 有各自不同的特点, 但也存在一定的共性。我们应 当遵循桥梁加固、改造工作的共性,结合具体桥梁的 特殊性。在实践中发挥积极性和创造性,不断进取 和探索。采用最先进的技术和材料,在旧桥利用、加 固、改造工作中, 创造和总结出各种切实可行的方 法。为开辟一条新路打下坚实基础, 使旧桥继续发 挥固有的使用功能,以保证公路交通畅通无阻。 D iseases Common in Double Curved Arch Bridge and Re in forc ingM ethods Abstract The insuffic ient streng th of arch rib o f present bridge and its not- enough cross connection as w ell as the diseases as pile disp lacement etc. , arisen from foundat ion and design, a llow load- bearing capacity of numer- ous bridge to be reduced. To suit the needs of highw ay tra ff ic formo re and more deve lopmen,t it s' essentia l to rein- fo rce, mainta in and re fo rme this bridge technically. K ey w ords Double curved arch bridge In frastructure D isease Reinforcem ent Flare #55#第 11期 张东进等:双曲拱桥的常见病害及加固方法研究