民营科技２０１５年第１２期 工程科技 双曲拱桥病害分析及加固处理 扈长龙 （黑龙江省逊克县公路管理站，黑龙江逊克１６４４００） 摘要：针对双曲拱桥的病害原因以及其加固的处理办法展开深入的分析与探讨。 关键词：双曲拱桥；拱顶；加固方法 １双曲拱桥病害情况及原因分析 变形较为严重时，要将拱轴线的实侧坐标作为模型构建的基本坐标。 经过多座双曲拱桥检测，发现除了混凝土结构物共同存在的一 ２）对主拱和腹拱之间的联合作用进行分析。由于双曲拱桥是由主拱和 腹拱两部分组成的，因此，联合作用是支撑整个桥体的主要力量。在建 些病害外，双曲拱桥普遍存在以下病害： １．１设计等级低。多数双曲拱桥设计荷载为汽一１０、汽一１３、汽一１５， 仅少量９０年代建设的双曲拱桥能达到汽一２０桥的强度、刚度，但宽 度不够，不能满足当今交通的要求。 １．２拱肋裂缝。拱肋裂缝可以分为纵向缝、径向缝两大类。纵向缝多 产生在拱肋和拱波的结合面上，平行于拱轴线方向，其产生原因主要 是主拱圈整体ｌ生差。纵向缝分为法向拉力纵向缝和剪力纵向缝两种。 立有限元分析模型时，要充分考虑主拱与腹拱之间的联合作用，将荷 载力进行综 算。除此之外，双曲拱桥的横墙也承受一部分荷载力， 横墙也是主拱和腹拱之间的连接部分，因此在进行有限元分析模型的 建立时，不能忽略对横墙的荷载处理。３）若双曲拱桥的主拱上已经出 现了裂缝，那么在模型建立时应按照裂缝的实际情况进行处理。如果 裂缝较轻微，可按照主拱的刚度来进行计算；若裂缝较大，甚至已经对 法向拉力纵向缝多出现在拱顶附近正弯矩较大的区段，剪力纵向缝出 主拱结构造成严重影响，则按照该截面的实际荷载隋况来计算，这也 现在拱角附近剪力较大的区段。 需要对双曲拱桥的结构进行重新考虑，如果有必要，可建立新的模型。 径向缝是垂直于拱轴线方向的裂缝，主要有拱顶径向缝和拱脚 ３常用加固方法 径向缝两种，拱顶径向缝产生在拱顶附近正弯矩较大的区段，往往是 ３．１钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固技术。拱肋加固应根据地形环 由于桥台发生过大的水平位移，拱顶部位正弯矩大大增加，拱肋的拉 境、地质水文、气象情况 施工质量、病害严重程度、调查检测结果、荷 应力超过极限拉应力所致，拱脚径向缝产生在拱角附近负弯矩大的区 载试验、计算结果、桥梁重要性及社会影响等综合考虑，进行方案设 域，桥台发生过大的水平位移也常出现拱脚径向缝。 计。桥梁加固应注意的问题：１）如果施工质量有问题，首先应该对拱肋 １．３腹拱破坏。在桥梁检测过程中，发现几乎所有的拱桥腹拱都不同 进行修补。２）如果拱肋只是局部强度不足，可局部粘贴钢板或碳纤维 程度的破坏，尤其在腹拱与横墙交接的部位，常常破碎，这是因为腹拱 圈预制分块太多以及勾缝水泥砂浆标号过低，致使其整体ｌ生差，在载 荷反复作用下必然导致各腹孔产生不同程度的纵、横向裂缝。 １４拱波破坏。旧桥的拱波大部分是预制弯板，板板之间只通过沙浆 进行联系，由于联系薄弱容易形成单板受力，拱波容易被压坏而出现 补强。３）如果拱肋病害是由于墩台变位引起的，则重点应加固墩台，让 墩台复位稳定。例如可采用顶推拱座的办法复位基础水平变位。４）如 果两拱肋在荷载作用下相对变形较大，横系梁较弱，则应加强横向联 系，在拱肋、立柱、纵梁间增设横系梁，以加强横向整体眭。５）对于特别 重要的桥梁，例如一旦断道加固施工就会造成整条路线的交通中断， 附近还没有绕行路线，社会影响较大，在设计由Ｉ：Ｉ固方案时应考虑更为 裂缝，随着裂缝的扩展拱波容易出现渗漏现象。 １．５横系梁破坏。由于横向联系薄弱，主拱圈出现偏载时横系梁由于 安全可靠、安全储备较大、经久耐用、一劳永逸的加固方案。此时可改 和主拱圈是刚结受力巨大，容易出现应力超限而被拉坏。 变拱肋的结构形式，例如在中间加肋将肋拱变为板拱，或改变拱上构 １．６桥面系病害。造成桥面破碎的原因主要有两个方面，一是缺乏基 造将肋拱变为析架拱，或加拉索拉住拱肋将肋拱变为斜拉拱桥，或增 层，拱桥上填料厚薄不一，对面层的刚性不一，沉陷不一，沙砾填料只 加墩柱减小跨径等，必要时也可撤掉肋拱桥重新修建其它桥型。为了 能算桥面的垫层，具有足够的强度但是整体性能差；二是重车交通量 提高原桥的受力整体ｌ生和承载力，增强结构的整体耐久性能，采用变 增长，加剧了桥面的病害。 截面钢筋混凝土套箍封闭主拱圈技术对主拱圈进行加固，即沿主拱圈 ２加固原理 外环现浇增设一层钢筋混凝土套箍层，利用截面增大、断裂力学及“套 达到提高原桥承载力的目的。其工序如下：主拱圈 ２．１危旧双曲拱桥内力的特点的分析。在对双曲拱桥的内力分析与 箍效应”３个机理，实际的危旧双曲拱桥的内力分析是不同的。在常规的上去拱桥设计当 中，将桥的跨度、矢高以及拱轴的制定系数都确定下来，将这些数据套 入到标准的计算公式当中，就可精确的计算出双曲拱桥的内力。但危 旧双曲拱桥则与之不同，由于经过了长期的使用后，桥体会出现不同 程度的破损，这也很有可能导致拱轴系数与建设最初有所差异，而拱 轴线的形状也会有所改变。这时所得出的内力结果并不能代表桥体的 真实内力。 除此之外，双曲拱桥中的建筑形式往往采用腹拱作为桥拱的支 撑，腹拱拱脚的水平推力和主拱之间的拉力形成—个相互制约和低效 的外力矩。因此，腹拱对双曲拱桥的作用力较强。传统的双曲拱桥内力 算法是将主拱和腹拱的内力分开计算，忽略了在实际的桥体中外部荷 载和内部荷载的双重联合作用，这样计算出的结果与实际桥体的内力 相差甚远，不能代表此时双曲拱桥的内力范围。因此，在进行危旧双曲 拱桥的内力计算时，不能采用传统的计算方法。经过长时间的研究发 表面凿毛一安设主拱圈砂浆锚杆一主拱圈纵横钢筋就位一现浇钢筋 混凝土套箍层一混凝土养生。为使主拱圈受力更为合理，钢筋｝昆凝土 套箍层沿纵向采用变截面的型式。 ３．２立柱加固。一般立柱强度及稳定均不会有问题，如不足，可采用 增加纵横系梁或环包碳纤维的方法处理。立柱端头局部混凝土压碎， 可采用环氧钢筋网加大柱截面的方法处理。 ３．３加强桥面板。１）部分换板，由于板的刚度不足，重新预制安装刚度 和配筋均加强的板。２）改善胀缝状况，对桥面板的纵缝，要冲洗干净， 风干后压人环氧树脂砂浆。 ３．４换填轻质拱上填料、改善排水。对于旧桥更换拱上填料时，尽量 采用轻质的陶粒混凝土，并严格保证陶粒混凝土的密实度使得拱桥结 构协Ｉ司受力。 综上所述，对双曲拱桥的结构有了进一步认识的同时，对双曲拱 桥的病害情况和类型也有了全面的了解。通过对双曲拱桥病害的分 以及产生病害的原因，并通过一系列的研究，提出具有可实施胜的 现，有限元法对危旧双曲拱桥的内力分析是有实际效果的。根据实际 析，桥体建立模型，并将主拱和腹拱连接在一起，通过模拟两者之间的联 加固方案，为双曲拱桥加固提供了—个新思路。 参考文献 合作用，不仅可以测量出拱轴线的准确位置，还能够通过模型的建立， ［１】唐伟．双曲拱桥病害分析及加固方法研究叨．北方交通，２０１３（９）：６． 计算出危旧双曲拱桥的内力结果。 ２．２建立危旧双曲拱桥有限元分析模型的方法。危旧双曲拱桥的有 ［２】曹学伟，闰博．双曲拱桥常见病害分析及加固方法ＩＪ１．科技创新与应 限元分析模型的建立要注意以下几点：１）当危旧双曲拱桥的主拱拱圈 用，２０１２（１８）：２６．
