箱形拱桥粘贴钢板加固效果评价

2016-06-08李保军梁茜雪

公路与汽运 2016年3期

关键词：荷载试验桥梁

李保军，梁茜雪

（广西交通科学研究院，广西南宁 530007）

箱形拱桥粘贴钢板加固效果评价

李保军，梁茜雪

（广西交通科学研究院，广西南宁 530007）

摘要：介绍了广西一箱形拱桥主拱圈在运营过程中出现的病害情况，分析了病害产生的原因；针对病害原因，主要采用粘贴钢板的方法进行加固；根据桥梁加固前后荷载试验结果，对箱形拱桥粘贴钢板的加固效果进行了评价。

关键词：桥梁；箱形拱桥；粘贴钢板加固；加固效果评价；荷载试验

1　工程背景

广西国道207上一座箱形拱桥于1990年建成通车。桥梁全长732.7 m，上部结构为悬链线钢筋砼箱形拱桥，跨径组合为65 m+5×93 m+2×65 m，设计荷载为汽车-超20级。

根据该桥2013年检测结果，主拱圈底面共发现375道横向裂缝，裂缝主要出现于L/4～3L/4截面段，基本贯通拱箱底面。根据裂缝分布，出现裂缝的拱箱为行车道下的拱箱，其中多数为重车道下的拱箱。2011年主拱圈底面裂缝检测结果为230道横向裂缝，基本贯通底面。2013年检测结果比2011年新增145道横向裂缝，新增长度为97.03 m，占总长度的38.2%，2年内裂缝的增长速度较快。新增裂缝都出现在跨中截面附近。

2　病害原因分析及维修加固措施

桥梁主拱圈出现裂缝等病害的主要原因为：现行规范对该桥要求的设计荷载等级比原桥设计荷载等级高，现行交通流量大于原设计预期交通流量，交通流量呈快速增长趋势，且时有超载车辆通过。箱形拱桥在现行交通流反复作用下，主要受力构件主拱圈承受的实际疲劳应力水平提高，结构损伤加剧，进而在受拉区域出现较多横向裂缝。

主拱圈主要维修加固措施：1）为提高桥梁耐久性，对主拱圈及其他构件裂缝进行修补处理。2）主拱圈粘贴钢板加固。为提高主要受力构件主拱圈的承载能力，每片主拱圈拱箱底裂缝修补后粘贴2块宽15 cm、厚6 mm钢板。

3　加固效果评价

为对箱形拱桥粘贴钢板加固后结构受力性能进行评价，对桥梁进行荷载试验，测定桥梁结构在试验荷载作用下控制断面的应力及挠度，并与理论计算值比较，对实际结构使用性能和工作状态作出评价，考核桥梁的强度和刚度是否满足规范及设计要求。分别于2011年加固前及2014年加固后对该桥进行荷载试验。

3.1静载试验主要测试截面和测试方法

图1　某箱形拱桥静载试验测试截面布置示意图（单位：cm）

该桥跨径组合为65 m+5×93 m+2×65 m，同跨径的桥跨上部构造布置相同，试验时考虑选取一跨65 m和一跨93 m作为试验桥跨。为便于仪器安装和水准仪观测，如图1所示，选取1#和2#跨作为试验跨，两跨为相邻跨，可观察桥跨间的连拱效应是否明显。1#和2#跨应变、挠度测试截面均为3个。测点布置在每片箱拱底的砼表面，同时在L/4、L/2截面的每片箱拱底的钢板上布置一个应变测点，砼表面采用砼应变片测量，钢板表面采用钢筋应变片测量。

3.2荷载试验有限元计算过程

加固前后荷载试验均采用迈达斯有限元软件，建立桥梁平面杆系有限元模型进行计算，并用交通部公路科学研究所开发的GQJS软件进行校核，最后确定所需试验车辆的数量、吨位和布载位置。建模时作以下假设：1）钢板、钢筋、砼为理想弹性材料，钢板、钢筋、砼的弹性模量为常数；2）不考虑桥面系的刚度对桥梁抗弯能力的影响，仅考虑其自重；3）截面变形符合平截面假定。

根据平截面假定，粘贴钢板加固后拱箱与钢板根据刚度等效原则建立联合截面，再建立有限元模型进行计算。有限元模型见图2。

图2　某箱形拱桥有限元计算模型

3.3试验检测结果及评价

静载试验按正载及偏载的加载方式共设计7个加载工况，分别为第1、2跨拱脚、L/4截面、L/2截面各1个偏载工况及第2跨L/2截面1个正载工况。采用6辆载重约360 k N双后轴加载车，按对控制截面最不利位置布载。根据试验结果，该桥应变及挠度校验系数（实测值与理论计算值的比值）均小于1，表明结构强度及刚度均满足设计要求。

为对该桥拱箱粘贴钢板加固效果进行评价，对桥梁加固前后的荷载试验结果进行对比分析。因加固后荷载试验实际加载车重与加固前荷载试验有所不同，粘贴钢板后试验加载理论计算值也比加固前小，无法直接对加固前后实测值作比较，需对加固前后实测值与理论计算值的比值进行比较，即比较较验系数。加固前后荷载试验一、二级加载下各控制截面应变及挠度校验系数见表1、表2和图3～6。

表1　加固前后静载试验控制截面应变校验系数对比

表2　加固前后静载试验控制截面挠度校验系数对比

由表1可知：加固后同一片拱箱同一测试截面，钢板测点应变比砼测点应变大，说明粘贴的钢板已有效地与砼协同受力，且符合平截面假定，钢板所受拉应力大于砼所受拉应力。加固后二级加载校验系数与加固前相比有所降低，按钢板应变测点结果进行计算，校验系数平均值降低18%（校验系数降低等同于实测应变值减小），说明粘贴钢板能有效提高拱箱的强度。