超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱桥性能研究

(重庆交通大学 重庆 400074)

超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱桥性能研究

丁鹏周璐王宗山

(重庆交通大学重庆400074)

本文提出采用超高性能混凝土(UHPC)套箍加固圬工肋拱桥的技术设想，并结合实际工程，对重庆市开州区内某大桥加固前后主拱圈截面内力进行计算，得出采用套箍加固法处治后的桥梁承载能力得到明显提升，并且采用超高性能混凝土(UHPC)新型材料使加固效果更加明显，桥梁承载力安全储备增加更多的结论。

超高性能混凝土；拱桥加固；承载能力

圬工肋拱桥以其独有的特点，在我国西部地区有着广泛的应用。然而由于受到早年间在设计、材料、施工等方面的影响和局限性，加上不能适应目前交通量的迅猛增长，大多圬工肋拱桥已出现承载力不足的现象。倘若对此类桥梁均进行拆除重建,显然是不可取的。因此，研究安全、经济、合理的圬工肋拱桥加固技术具有积极的现实意义[1-2]。

一、超高性能混凝土优良性能

1994年，Lar-rard等首次提出了超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)的概念。

超高性能混凝土(UHPC)由于不含粗骨料，微观结构密实，因此其抗压强度高，耐久性好，几乎不渗透；同时由于掺入高效减水剂，使其具有良好的流动性和工作性；并且钢纤维的掺入使其具有优异的韧性和断裂能[3]利用力学性能优越的超高性能混凝土(UHPC)材料对圬工肋拱桥进行套箍加固，存在以下两个方面优势：

(一)加固效率高：超高性能混凝土(UHPC)弹模比普通混凝土大1.5倍，根据内力按刚度分配原则，对于相同尺寸新增截面，可承担更多活载，提高加固效果；超高性能混凝土(UHPC)抗压强度比普通混凝土大4倍，抗折强度比普通混凝土大10倍，可有效保证新增截面的承载力，避免新增拱圈由于强度不足，发生破坏；

(二)耐久性好：超高性能混凝土(UHPC)材料致密，不易受到外部环境的影响，大幅度地提高桥梁的耐久性，减少后期维修养护费用，降低桥梁全寿命成本。

二、组合截面承载力计算

(一)内力计算。本文采用刚臂节点位移协调法，以平面假定理论出发，按内力叠加计算活载作用下新旧结构各自分配的内力，如图1所示，其中腹部的加固层当作安全储备，不承担荷载：

图1 套箍加固组合截面活载内力分配示意图

根据截面内力平衡条件，可得到各部分截面内力与总内力的关系式如下：

M=M1+M2+M3+N1l1-N2l2-N3l3

N=N1+N2+N3

(1)

其中:l1、l2、l3为各部分截面到结构组合截面型心轴的距离。

三、实例分析

(一)大桥简介及模型建立。该座圬工肋拱桥位于重庆市开州区，桥梁全长210米，上部结构采用3×55+2×10m空腹式双肋型式，桥面宽8m，布置为0.5m(护栏)+7m(行车道)+0.5m(护栏)，桥梁下部结构为重力式U型桥台、明挖扩大基础。设计荷载为：汽车-20级。该桥为砖、石砌筑的大桥，且超负荷运营多年，上、下部结构以及桥面系病害较严重。

大桥采用Midas Civil进行建模计算分析，加固后模型为在加固前模型的基础上，建立加固层的单元及截面，加固层的单元与原结构之间采用弹性连接中的刚性连接，有限元模型如图2所示。

图2 肋拱桥有限元模型

(二)结果分析。根据加固前后有限元模型分别提取主拱圈控制截面处恒载、汽车活载作用下的轴力N和弯矩M，并按荷载工况进行组合，加固前后主桥主拱圈承载力验算，计算结果如表1所示。

表1承载力分析结果

从上表数据可知，未做任何加固前，各关键截面承载力富余量明显偏低，其中主桥主拱圈左右拱脚、L/8截面承载力不满足要求，需进行加固提高承载力；采用现浇C40钢筋混凝土套箍层封闭加固技术加固后，主桥主拱圈各截面承载力均有所提高，能够满足使用要求，达到了提高承载力的目的。但是1/4截面富余量明显不足，安全储备不够，同样会影响桥梁的行车安全；采用超高性能混凝土(UHPC)套箍层封闭加固技术加固后，主桥主拱圈各截面承载力提升效果显著，不仅消除了承载力不足的截面，同时富余量较C40混凝土也有较大的提高，为行车安全提供更多的保障。

四、结语

本文分析了采用超高性能混凝土(UHPC)加固圬工肋拱桥的优势与益处。最后依托实际工程，针对重庆市开州区境内某座圬工肋拱桥进行加固前后承载能力对比计算分析，从结果中可以看出，采用套箍加固法处治的桥梁承载能力得到明显提升，而且采用超高性能混凝土(UHPC)新型材料使加固效果更加明显，桥梁安全储备更多的结论。众所周知，我国现存大量需要加固整治的圬工肋拱桥，本文的相关研究与结论对以后工程应用有着良好的借鉴作用。

[1]陈皞，阎路.浅谈桥梁加固技术的应用[J].科技资讯，2009,25：48.

[2]陈宝春，季韬，黄卿维，吴怀中，丁庆军，詹颖雯.超高性能混凝土研究综述[J].建筑科学与工程学报，2014,31(3)：1-24.

[3]冯乃谦.高性能混凝土与超高性能混凝土的发展和应用[J].施工技术，2009,38(4)：1-6.

丁鹏(1992—)，男，重庆巴南区人，在读研究生，主要从事桥梁监测、评估与加固的工作。