以承载力修正为基础的石拱桥加固设计

摘 要：石拱桥是用天然石料为主要建筑材料的拱桥，外形美观、结构简单，造价低廉，具有较高的承载能力，在我国拥有较高的历史。据调查，石拱桥占据我国全部桥梁的60%以上，其中，80%以上石拱桥分布在县乡村。然而，时间的推移，交通量的增大，石拱桥病害现象越来越多，为行人带来一定的风险。为提高行人安全性，笔者以承载力修正为基础，利用自身工作经验，简述了石拱桥的加固设计。

关键词：承载力评估 承载力检算 加固设计

中图分类号：U442 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）09-0-01

近年来，国家加大了县乡村公路桥梁的改造，其中，涉及较多的工程为石拱桥的改造，对于需要改造的石拱桥，因其分布广泛，全部拆除重建将耗费极大成本、人力与物力，哪怕依靠国家力量，也很难完成[1]。笔者认为，应积极评估石拱桥的承载力，检算石拱桥的极限承载力，勘查工程实际工况，以修正承载力为基础，对石拱桥加固设计，以此提高石拱桥的安全性，延长石拱桥寿命，降低工程成本。

一、石拱桥承载能力评估方法

1.实物调查比较法

实物调查比较法，是人们评估石拱桥承载能力的主要方式之一，是一种以实际交通情况检定石拱桥承载力的动态求法。具体做法如下：在石拱桥改造之前，相关人员对石拱桥进行长期观测，通过石拱桥观察石拱桥每日通过车辆、车辆种类，计算石拱桥承受荷载，通过计算石拱桥各部位挠度跨中数据，或者最大挠度处的应变、应力、裂缝等情况的相关数据，将数据制作表格，比较车辆载重以及其对应挠度、应力等，以此分析桥梁承受的荷载等级。

2.综合评估法

综合评估法，主要是利用分层分块再综合的思维方式对石拱桥的承载能力进行评估。在桥梁结构的承载力评估中，一般来讲，首先，依照桥梁结构将评价目标进行划分，使其成为多个评价因素；其次，对桥梁各部分的承载力以及影响承载力的因素进行评价；最后，依照评价过程中权重的变化，将其分为变权综合、常权综合两种，通过对桥梁安全性分析，了解石拱桥的承载力。

二、石拱桥极限承载力检算

根据规程：JTG/T J21-01-2015《公路桥梁荷载试验规程》相关规定，可直接利用检算系数Z1，截面折减系数数false，两者折减，最终检算出石拱桥极限承载力。在石拱桥极限承载力检算中，检算系数Z1主要是由石拱桥结构的材料强度、缺损情况、结构自振频率三方面确定，截面折减系数false主要由石拱桥风化、化学与物理损伤两项指标确定，规程内已经给出相关依据[2]。

另外，也可以使用有限元软件，利用荷载增量加载、位移增量加载等模式计算桥梁的极限承载力。在极限承载力开始检算之前，需要先行设置较大负荷，控制较小的增量加载，在计算发散之前，能够达到最大增量步的荷载代表桥梁的极限承载力。

三、以承载力修正为基础的石拱桥加固设计

某地区生产石料，在开挖沟渠，修建拱桥时，石拱桥成为首选，当地建设了大量石拱桥。经过多年发展，因自然环境以及外力影响，石拱桥逐渐老旧，承载力下降，面对日益增多的车辆，石拱桥改造设计成为重点。

1.工程概况

在本地区，某单跨实腹式石拱桥建设日久，是当地重要输送通道，石拱桥的日益老旧，已经无法承载大型运输车，每次运输时，运输车只能绕较远路程，对此，改造桥梁，提高桥梁承载力，势在必行。提高承载力，便利车辆过往。须知，该石拱桥全场25.0m，桥跨布置12.0m，桥净矢高为3.1m，主拱圈厚0.5m，宽为5.5m，桥宽5.5m，行车道宽为5.0m。石拱桥上部结构为：主拱圈、实腹式拱上建筑。主拱圈砌体厚度0.5m，净跨12.0m，下部包含有：桥台、基础构成。桥台为重力式桥台，石拱桥全部由条石建成。桥面铺设有水泥混凝土，道路两侧安装有铁质栏杆1.25m*0.25m，现已存在缺失，伸缩缝、人行道等未设置。

2.加固设计

勘测人员对桥梁详细勘查后，在原拱圈下套建一座拱圈，增大构件截面积，以此起到加固桥梁承载力的效果。新建拱圈以C30水泥混凝土浇筑，砌体厚度为0.35m，宽为5.5m，拱圈两侧厚度为0.15m；凿出原护栏，以C25水泥混凝土作为原料，浇筑标准的护栏带，提高桥梁安全性。

在桥梁改造施工前期，首先选择M20普通水泥混凝土，充分搅拌为砂浆，将砂浆填补仅石拱桥裂缝、坑洼处，提高石拱桥的质量；其次填充密实后，利用相关设备在拱桥基础拱脚处开挖，判断拱桥基础是否为基岩，若基礎为土方，则应设置牛腿，锚固新拱圈；若基础为石方，可直接将拱圈与基岩锚固在一起；最后在新旧拱圈之间设置锚固钢筋，使新旧拱圈连为一体。

注意：在桥梁改造加固过程中，应避免车辆通行，桥梁加固完毕后方可通车，若必须通车，应控制车速在10km/h以下，且车辆重量不超过5t。

3.加固后受力分析

桥梁加固完毕后，为查看桥梁改造质量是否达到设计要求，相关人员利用有限元模拟分析对加固后的主拱圈承载力进行计算。在实际施工中，因新拱圈很难与原拱圈完全固结，形成有机整体，然而，在分析加固后桥梁受力情况时，多是以加固前计算模型为基础，在主拱圈外部增加钢筋混凝土加固层单元，计算出的数据与实际情况存在差异。对此，在模型中，应将加固层与原拱圈进行刚性连接。因恒载、移动荷载、结构自振频率都会影响检算结果，因此，充分考虑上述情况。另外，在桥梁改造中，活载公路为Ⅱ级，人群荷载为3.5kN/m，考虑一次成桥受力情况，最终计算得知，通过在原拱圈下建设新拱圈，并将两者进行锚固后，桥梁承载能力富余量达到65.6%-81.0%，桥梁整体强度岷县提高，满足了桥梁设计要求。由此可见，加固效果良好。

结束语

因行驶需求，对桥梁进行加固，在本工程中，相关人员在主拱圈下建设新拱圈，并将两者锚固为一个整体，有效提高了桥梁的承载力。在文章中，笔者简述了综合评估法、实物调查比较法两种桥梁承载力的计算方法，简单叙述了桥梁极限承载力的检算，以实际工程为例，展开加固设计，加固完毕后计算得知，本次桥梁改造效果良好，可见该种加固方式的可靠与高效。

参考文献

[1]张晶. 钢筋混凝土套箍加固石拱桥力学性能试验研究[D]. 西南交通大学， 2013（24）：120-120.

[2]公路桥梁荷载试验规范（JTG/T J21-01-2015）

作者简介：郑舜元（1997.4-），男，汉族，籍贯：广西壮族自治区桂林市 ，学历：本科，研究方向：道路与桥梁专业。