某圬工拱桥加固分析

刘 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075)

某圬工拱桥加固分析

刘 欣 田浩亮

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西 西安 710075)

为达到桥梁的拓宽、提载要求，拟采用钢筋混凝土套箍方式对某圬工拱桥进行加固，并通过MIDAS对圬工拱桥加固前后的内力进行分析可知，钢筋混凝土套箍承担了部分内力，提高了全桥的承载能力。

圬工拱桥，拓宽，钢筋混凝土套箍，承载能力

1 工程背景

某圬工拱桥，修建于1998年，为人行观光桥，人群荷载为3.5 kN/m2。原主桥上部结构为块石板拱，下部结构均为重力式桥台，明挖扩大基础。主拱圈净跨径为70 m，矢高为11.667 m，拱轴线为悬连线，拱轴系数为3.841(见图1)。

该桥原宽为3.6 m，拟对该桥进行拓宽改造，使得该桥桥面宽度增加为1.25 m+4 m+1.25 m，满足桥梁人行和单车道通过桥梁的要求。拓宽改造前、后桥梁断面分别见图2，图3。

2 加固改造思路及结构计算内容

为提高该桥的承载能力，满足使用要求，拟对桥梁进行以下改造：

1)采用钢筋混凝土套箍封闭主拱圈，提高块石头板拱圈承载能力，拱顶实腹范围内及横墙位置采用U形套箍(见图4)，其余为主拱圈全部采用箱形套箍(见图5)；2)增大桥台基础，提高基础承载能力，以保证提高荷载后桥梁基础的使用安全；3)对横墙根部进行加固，提高横墙与主拱圈的连接刚度，增强拱上建筑的联合作用；4)增大腹拱截面，提高腹拱圈的承载能力，以满足汽车通行的需要；5)增设悬挑桥面板，在悬挑桥面板上设置人行道板及护栏及钢结构亭子。

根据以上维修加固思路，需进行以下结构分析，以保证结构的安全：1)原有结构承载能力分析，验证原结构是否能够满足使用要求；2)若原有结构承载能力不满足规范要求，根据拟定主拱圈加固形式进行承载能力分析，验证主拱圈加固形式是否能够满足使用要求。

3 主拱圈结构分析

3.1 结构参数及有限元模型建立

采用MIDAS建立全桥有限元模型，如图6所示。为了充分考虑圬工拱桥加固分阶段受力的特点，采用MIDAS软件中的联合截面施工阶段分析方法分阶段激活主拱圈截面，实现对施工阶段模拟，同时考虑新增拱圈收缩徐变对结构内力重分布的影响。

3.2 原桥主拱圈承载能力分析

该桥原结构主要承担的荷载包括：主拱圈、横墙、腹拱、桥面填料、侧墙、木亭及人群荷载，需验算由原桥承担新增人行道板荷载、悬挑桥面板荷载、沥青铺装、钢结构亭子及单车道荷载(单车道验算采用公路二级荷载)，主拱圈承载能力是否满足规范要求。

根据JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范及JTG D61-2005公路圬工桥涵设计规范承载能力验算采用荷载组合如下：

1)工况一：1.2×恒载+1.0×徐变+0.45×1.0×收缩+1.4×车辆荷载+0.98×人群荷载+0.7×0.98×整体升温；2)工况二：1.2×恒载+1.0×徐变+0.45×1.0×收缩+1.4×车辆荷载+0.98×人群荷载+0.7×0.98×整体降温。

采用工况一及工况二计算得到主拱圈拱脚、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱顶的内力见表1，并根据JTG D61-2005公路圬工桥涵设计规范4.0.5条进行承载能力验算，计算结果见表1。由表1可知，在工况一及工况二作用下，主拱圈承载能力不满足规范要求，因此为使该桥满足使用要求，需针对拱桥进行加固。

表1 未加固主拱圈承载能力计算

3.3 加固后主拱圈承载能力分析

采用钢筋混凝土套箍方式对主拱圈进行加固，拱顶实腹范围内采用图4方式进行加固，主拱圈其余部位采用图5方式进行加固。按照工况一和工况二分别对原主拱圈和新增钢筋混凝土套箍进行承载能力验算，验算结构见表2和表3。

由表2和表3中数据可知，采用钢筋混凝土套箍加固后，原主拱圈承担的弯矩值相对于未加固主拱圈明显下降，根据JTG D61-2005公路圬工桥涵设计规范验算，加固后主拱圈承载能力满足规范要求。由表3中数据可知，新增钢筋混凝土套箍协助原主拱结构承担了一部分由温度荷载及汽车荷载引起的弯矩和轴力，根据JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范验算，钢筋混凝土套箍承载能力满足规范要求。

表2 加固后原主拱圈承载能力

表3 加固后钢筋混凝土套箍承载能力

针对新增钢筋混凝土套箍进行最大裂缝宽度计算采用以下工况：

1)工况三：1.0×恒载+1.0×徐变+0.45×1.0×收缩+0.7×车辆荷载+1.0×人群荷载+0.7×1.0×整体升温；2)工况四：1.0×恒载+1.0×徐变+0.45×1.0×收缩+0.7×车辆荷载+1.0×人群荷载+0.7×1.0×整体降温。

根据工况三、工况四计算得到钢筋混凝土套箍拱脚、1/8拱、2/8拱、3/8拱以及拱顶的内力见表4,根据JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范验算，钢筋混凝土套箍最大裂缝宽度满足规范要求。

表4 加固后钢筋混凝土套箍最大裂缝宽度

4 结语

通过某圬工拱桥的加固前、后的内力计算分析可知，新增钢筋混凝土套箍加固，分担了原主拱圈承担的内力，提高了圬工拱桥的整体承载能力，通过钢筋混凝土套箍加固实现了对圬工拱桥的提载要求。

[1] 周建庭.石拱桥合理加固工序及内力分析[J].公路，2005(4):33-35.

[2] 沈小俊.桥梁病害与综合治理研究[D].重庆：重庆交通学院,1997.

[3] 杨文渊,徐 奔.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4] 王雷鹏.小店高架桥维修加固实效及养护策略分析[J].山西建筑，2012，38(11)：191-192.

An analysis for strengthening of a masonry arch bridge

LIU Xin TIAN Hao-liang

(TheFirstHighWayDesignandSurveyInstituteofCCCC,Xi’an710075,China)

For widening bridge and increasing load, a masonry arch bridge is proposed to be strengthened by a reinforced concrete hoop. According to the analysis of internal force by midas before strengthening and after strengthening, the reinforced concrete hoop share partial load from the old arch ring,and the full-bridge carrying capacity is improved.

masonry arch bridge, widening, reinforced concrete hoop, carrying capacity

1009-6825(2014)11-0198-02

2014-02-09

刘 欣(1980- )，男，工程师； 田浩亮(1982- )，男，工程师

U448.22

A