浅谈刚架拱桥的病害分析与加固设计

2011-08-15陈灏

黑龙江交通科技 2011年1期

陈灏

(黑龙江省收费公路管理局)

1 前言

刚架拱桥是在双曲拱桥、肋拱桥和斜腿刚构桥的基础上，结合我国拱桥特点及无支架施工经验而发展起来的一种桥型，以其具有造型美观、结构轻巧、适用性强、造价低廉、施工方便等优点，20世纪70～80年代在我国得到了较大的推广应用。经过多年的使用实践，刚架拱桥存在组合截面整体性差，横向联系薄弱，拱片中的实腹段、上弦杆、拱腿及横系梁容易开裂，拱腿支座容易出现松动等缺点。随着国民经济的快速发展，交通量的迅猛增长，超重、超载车辆的不断出现，许多刚架拱桥都出现了不同程度的病害，严重威胁着桥梁的安全使用。因此，如何合理评价这些旧桥的承载能力，并提出安全、经济实用的加固设计方案，是当前道路改扩建、旧桥改造中的一个重要课题。

2 旧桥概况与病害分析

2.1 主要病害情况

(1)混凝土施工质量较差，混凝土表面不平整，蜂窝麻面较多，各部位混凝土的接头质量较差，个别斜撑尺寸不足。

(2)由于受到超载车辆的冲击，桥面产生了破坏，桥台处桥面铺装及微弯板破损严重形成了面积约为1.0×1.5m2的空洞，由该空洞处可见，桥面铺装混凝土中的未设置钢筋网;微弯板也存在大量纵向和横向裂缝。

(3)刚架拱的实腹段、上弦杆裂缝较多，宽度0.1～0.35mm，其中约30% ～50%贯穿整个拱片，部分裂缝已经延伸至微弯板并在横桥向全桥连通。

(4)全部横系梁及微弯板加劲肋开裂，贯穿性裂缝宽

0.1 ～0.5mm。

2.3 病害分析

(1)通过计算可见，原设计刚架拱桥在计算时假定“拱脚支座部分在恒载时按铰接计算，活载时按固结计算”与实际情况有出入：拱腿伸入拱座内的深度只有30cm，除了灌入高标号水泥砂浆外无其他措施，而活载在跨中产生的弯矩占全部弯矩的80%以上。因此刚架拱桥的拱片中的实腹段、上弦杆、拱腿断面尺寸偏小，安全储备不足，容易出现裂缝，在超重车辆的作用下，情况更为严重。

(2)在施工中取消了桥面钢筋网，削弱了桥梁的横向联接，微弯板产生的过大的水平推力使横系梁全部破坏。而过大的水平位移同时又加剧了微弯板的跨中的弯矩急剧加大，是微弯板出现纵向裂缝的主要原因。同时由于取消了桥面钢筋网，在车辆荷载的反复作用下，微弯板与拱肋连接松动而出现横向裂缝。横向联结破坏后的单肋受力使拱肋的破坏进一步加剧。

3 加固设计与施工要点

3.1 加固设计方案的确定

桥梁基础稳定，加固桥梁上部结构，并对结构裂缝进行处理，来达到满足安全行车，是一可行的加固方案。增大刚架拱的实腹段、上弦杆的受力截面和配筋，提高其安全储备。在修复原横系梁的基础上适当增加部分横系梁加强桥梁横向联接;对破坏的微弯板全部更换，增设桥面铺装钢筋网及增加桥面纵横向配筋等措施来改善桥面系结构以增加整桥结构刚度。

通过验算比选，对主拱肋加固拟采用钢板粘贴补强法，即用高强粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与结构物形成整体，用以代替增设的补强钢筋，提高结构的承载能力。

3.2 加固设计要点

(1)主拱肋加固拆除旧桥面系后，在钢架拱的实腹段、上弦杆上部凿除部分混凝土，露出原来的钢筋，并在上面焊接连接钢筋，浇筑高标号的细骨料混凝土加大截面尺寸，用环氧树脂或微膨胀水泥浆修复裂缝后，再用环氧结构胶系列粘帖钢板，考虑钢板与主肋共同受力。

(2)加强横向联系用环氧树脂修复原横系梁，在实腹段、上弦杆部分增加8道横系梁，系梁与主肋固结。

(3)桥面加固更换损坏的微弯板，重新铺筑桥面铺装，桥面铺装厚不小于15 cm，除配常规的构造钢筋外，另加设受力钢筋，纵桥向布置起抗拉作用，横桥向布置以提高微弯板的承载力。施工应在拱肋、横系梁加固结束后进行。桥面横坡同原设计，纵坡在满足桥面板厚的前提下适当调整两侧道路纵坡。设计考虑桥面板与微弯板及主肋形成组合截面共同受力，新浇桥面为40#防水混凝土。