双曲拱桥的承载力评估及粘钢加固设计

双曲拱桥的承载力评估及粘钢加固设计 摘 要：本文论述了根据实测资料，用最小二乘法拟合得到双曲拱桥的拱轴线，然后采用理论计算结合荷载试验的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 评估旧桥的承载力及桥梁刚度的方法步骤，此法可提高旧桥承载力评估的准确性。文中并根据评估结果进行了粘钢法加固 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计。 　　关键字：双曲拱桥 拱轴线 承载力 荷载试验 粘钢法 　　双曲拱桥以其造型美观、结构轻巧、施工方便等优点，60~70年代在我国得到大量的推广。经过几十年的使用实践，证明其存在组合截面整体性差，主拱肋和拱波易开裂等缺点。随着近年来经济的迅速发展，旧有桥梁上的交通量及载重车也不断增加，许多双曲拱桥都出现了不同程度的病害，威胁到桥梁的安全使用。同时，由于年代较早和一些历史原因，有些桥梁的设计资料早已散失，无法得到桥梁具体构造和当时的设计 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，估算桥梁变形情况和承载力大小。因此，如何合理评估这些旧有双曲拱桥的承载力，并进而提出既安全又经济实用的加固方案，是当前道路改扩建、旧桥改造中的一个重要课题。本文介绍的湖南湘西古丈县南门双曲拱桥，原始资料已散失，对旧桥承载力评估利用实测数据定出拱轴线及恒载分布，以理论计算结合荷载试验的方法评估其原有承载力，加固方法采用粘钢法。加固后的使用实践表明效果不错。 1 工程概况 1.1 基本概况 　　湘西古丈北门桥位于古丈县城区。桥型为单跨无铰双曲拱桥，空腹式拱上建筑。由于历史原因，该桥的设计和施工资料均无法查找，通过现场测量，该桥净跨径20m，净矢高3.92m，桥全宽9.3m=8.7m混行车道+2×0.30m缘石，主拱圈为等截面，横截面由5片拱肋、4片拱波和两片半拱波组成，肋间设置尺寸为20×25cm的横隔梁，沿纵向共设置3道。 　　为确定拱轴线，测量了主拱圈尺寸和拱圈底缘上数点坐标，然后对测量数据进行悬链线拟合，拟合方法即采用最小二乘法，不断调整拱轴系数并计算对应实测点的拱轴线坐标与底缘线坐标，计算值与实测值的高差平方和最小的拱轴线中选。用此方法得主拱圈计算跨径20.9m，矢高4.52m，矢跨比1/4.624，拱轴系数为6.95； 1.2 桥梁开裂情况及拱脚变位情况 　　全桥主拱圈拱肋共观测到12条裂缝，每根拱肋均有2~3条裂缝，且裂缝开展高度通达肋顶，最大裂缝宽度为1.22mm，距拱顶水平距离0.45m，最小裂缝宽度0.3mm，距拱顶水平距离3.0m，其余裂缝也分布在距拱顶0.5~3.0m范围内。此外1#~2#拱肋间的拱波在拱顶处有长裂缝，有水渗出；4#~5#拱肋间的拱波在两边横系梁间有长裂缝，亦有渗水现象。 　　为估测拱脚变位情况，用精密水准仪测得两边拱脚高差不超过1.5mm，故认为拱脚没有相对沉降，水平距离测量结果为20.005m，也认为拱脚没有相对水平位移。 2 加固前旧桥承载力评估 　　该桥加固后，将要承受的设计荷载为汽-20、挂-100级。加固前先进行理论估算旧桥承载力，然后进行荷载试验以评估桥梁的安全承载力及实际刚度。 2.1 理论承载力估算 　　首先是荷载效应计算：根据测量资料，计算该桥恒载大小，然后，对该桥进行了初步有限元分析，实腹段按均布荷载，腹拱圈上的恒载重按杠杆法分配到立墙和实腹段端部，计算出恒载作用下拱脚、拱顶及1/4跨的主拱圈内力，以及这三个截面的轴力和弯矩影响线，然后按影响线进行布载，得到活载内力，按《公桥规》进行荷载组合，并考虑荷载横向分布系数，得到最不利的验算内力。此外，还计算了桥梁的固有频率。部分理论计算结果见表1。 表1  加固前拱顶和1/4截面的验算内力与承载力理论估算结果 截面 　 拱顶 1/4 验算内 弯矩/kN.m 422.0 -216.8 轴力/kN 1307.0 1188.0 截面承载力 承载力/kN / 3249.0 偏心距/cm 0.323>0.7Y=0.182 0.182<0.7Y=0.42 　　然后估算主拱圈强度：由于没有配筋资料，偏安全地按素混凝土构件计算，采用现行《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》的偏压构件计算公式估算主拱圈的承载能力[1]。为方便计算截面强度，计算主拱圈截面几何特性时，将实际截面等效成T形截面，等效的原则为保持截面面积、总高度和形心高度不变。经计算，拱顶截面面偏心距不满足要求，l/4截面承载力大于验算内力。各截面的承载能力理论值亦见表1。 2.2 现场荷载试验 　　现场荷载试验分为两部分，一是静载试验，一是动载试验。静载试验的主要目的是评估测试拱的静力承载能力及变形特征；动载试验的主要目的是掌握拱的相关动力参数，评估桥的刚度及阻尼大小等。 2.2.1 静载试验 　　由理论分析，拱顶截面为最不利受力截面，因此静载试验按拱顶正弯矩影响线布载。静载试验的主要测试内容为各拱肋的挠度、应变和裂缝扩展情况。应变片布置在单侧拱脚截面和拱顶截面，挠度测点布置在理论受力最大的1#肋拱脚、拱顶、l/4及2#、4#、5#肋的拱顶位置。加载过程中的，为确保桥梁的安全和测试人员的安全，要严格观测应变和挠度大小及裂缝扩展情况，判断是否能继续加载。根据现场车辆条件、理论计算结果和现场测试情况，试验所加的最大荷载布置见图1和图2所示。理论计算表明，这种布载方式在拱顶和l/4截面产生的荷载效应分别达到验算活载效应的82%和75%。 　　试验结果，相应于布载图上的荷载持载2小时后的拱脚截面的压应变、拱顶截面拉应变，各拱肋挠度值见表2。 表2  试验最大荷载下拱肋应变、挠度表 拱肋号 1# 2# 3# 4# 5# 应变 拱脚 -17 -20 -14 -11 -12 拱顶 10 26 24 12 3.5 挠度(mm) 0.1(1/4跨) 　 　 　 　 0.3(拱顶) 0.9 　 0.6 -0.2 0.2(3/4跨) 　 　 　 　 　　表2表明，在加载的过程中挠度很小，符合拱桥变形规律，同时表明桥的刚度较大。 此外，卸载后1小时观测结果，拱脚应变仍有增加，并且各肋趋向均匀，表明荷载传到拱脚明显滞后。此后各测点应变均开始恢复，整个加、卸载过程中测试到的最大正应变为29，最大负应变-29，换算成混凝土的拉压应力均在0.3~0.7MPa之间。另外各拱肋的应变在拱顶差值较大，说明拱肋的横向联系较弱。 　　裂缝观测结果，大多数裂缝有不同程度的扩展，其中扩展最大的即原来观测最宽的裂缝，扩展了0.28mm。卸载后裂缝闭合情况良好，最大残余扩展宽度0.02mm。 2.2.2 动载试验 　　自振特性测试内容为结构的基频及阻尼比。自振特性测点布置于2#拱肋的拱脚截面、1/4截面、1/2截面共三个点。采用鞍山电测研究所生产的动态数据采集系统测试该桥12小时随机振动信号，测试过程不影响交通。 　　分析计算得到该桥实测基频为13.7Hz，比理论计算的基频10.816Hz大，进一步佐证该桥具有较大刚度；阻尼比计算结果等于0.0334，表明桥的减振性良好。此外，一阶、二阶振型测试结果与理论结果吻合较好。 2.3 加固前旧桥承载力评估结论 　　理论计算显示，此桥主拱圈在拱顶至1/4L区段承载力不足，这与裂缝分布规律、荷载试验结果一致。如果交通载重增大，桥梁裂缝还有扩展趋势，桥梁实测变形量很小，表明其整体刚度较大。建议对桥梁进行加固补强。 3 粘钢加固设计计算 　　旧桥加固方案有多种，粘钢加固法、锚喷法、开口截面改闭口截面等等，均有各自的适用范围。根据此桥拱顶附近区段裂缝集中，受力不利的特点，经比较决定采用粘贴整体钢板加固法。此法形成强度快，封闭交通时间短，施工不需支架 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 ，费用合理，适合当地实情。 3.1 粘钢加固设计计算 　　为便于估算粘贴钢板的横截面面积，如前述将构件视为偏压构件，采用容许应力法，利用弯曲应力计算公式对钢板横截面面积进行估算，其具体计算公式[2]为： 　　式中——外荷载效应对换算截面上核心点的等效弯矩，，Ks为截面上核心距； 　　　　——粘贴钢板的协调工作系数，取0.75； 　　　z——内力偶臂，根据经验取0.92h。 　　由估算值，拟定加固采用Q235钢板，厚度为4mm，宽30cm，粘贴于拱肋底部，范围定为桥跨拱顶至两边横系梁位置。此外，根据受力分析和裂缝分布情况，在每片拱肋两侧，也粘贴4mm厚钢板，宽35cm。粘钢方案初步确定，采用钢筋混凝土偏心受压构件计算截面承载力[3]，计算结果仅考虑肋底钢板作用时，承载力已达1616.0kN，满足要求，方案可行。 　　粘结剂采用JGN建筑结构胶，它的抗剪、抗拉强度随被粘基层材料而异，当基层材料为混凝土时，破坏发生在混凝土，粘结强度取决于混凝土。 3.2 粘钢加固施工步骤 　　粘钢加固步骤简述如下： 　　（1）施工前封闭桥梁交通，禁止车辆通行。 　　（2）采用壁可法进行裂缝封闭处治，对于小于1.0mm的裂缝，处治方法可用环氧树脂浆液灌注；大于1.0mm的裂缝可用微膨胀水泥浆液修补。 　　（3）打入连接螺栓或化学锚栓，清理混凝土表面，涂上JGN粘结胶。 　　（4）将钢板托起悬挂在各螺栓上，拧紧螺母，同时用橡皮锤敲击钢板。注意用力均匀，务必使钢板与混凝土紧密胶合，同时挤出多余的胶。 　　（5）等待JGN胶自然养生24小时后，检查胶合情况，粘钢完成后对钢板表面刷防腐涂料，再用M15水泥砂浆抹面，其厚度不小于20mm。 4 结 论 　　（1）根据实测资料拟算拱轴线，用此拱轴线进行拱桥内力分析结果符合该桥实际情况，说明实测方法确定拱轴线的方法可行。 　　（2）采用理论分析与荷载试验相结合，评估桥梁原有的承载能力，所得结论基本一致，荷载试验实测应变和裂缝扩展情况能佐证理论计算结果，表明用此法评估桥梁承载力是可靠的。 　　（3）通过粘贴整体钢板加固补强，可使该桥满足汽—20，挂—100的荷载等级要求。 　　（4）粘贴整体钢板加固拱桥，具有施工周期短、材料消耗少、工艺简便、投资少、对环境和交通影响小等优点。 　　　　　　　　　　　　参考文献 1 交通部规划设计院.《公路砖石与混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85[S]. 北京:人民交通出版社1985，12-13 2 周益云，赵人达，钟明全等. 大跨度双曲拱桥的静力分析及加固措施[J]. 四川建筑科学研究，2001，3(3)：15-17 3 交通部规划设计院《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85[S]. 北京:人民交通出版，1985，31-32