增大截面法在加固 双曲拱桥中的应用

摘　要:文章利用有限元计算软件建模计算、分析某双曲拱桥的受力情况,介绍采用增大截面加固桥梁病害部位,计算分析加固、提载后的桥梁受力情况,并判断加固效果。
关键词:双曲拱桥,加固,提高荷载等级,增大截面加固,双曲拱桥加固,

1 　增大截面加固的基本原则及方法 

111 　增大截面加固原则 

(1) 加固后桥梁荷载等级要提高到公路- Ⅱ级 标准; 

(2) 加固费用尽可能低并减少后期的养护费用; 

(3) 为保证加固效果,施工期间实行交通管制限 制车辆通行; 

(4) 便于加固施工。 

112 　增大截面加固方法 根据以上原则确定采用增大截面加固此桥,增大截面法内力计算主要按以下几点要求进行: 

(1) 恒载内力(包括新加厚的混凝土) 按原构件 的截面模量进行计算,即新加厚凝土恒载作用于原 构件上; 

(2) 活载内力用加大后的组合体截面模量计算 内力,即新旧混凝土作为一个整体计算,对不同的混 凝土标号和新增的补强钢筋按其弹性模量进行截面 换算; 

(3) 仍按弹性理论进行计算; 

(4) 采用的新加厚的混凝土与钢筋的强度等级, 不应低于原结构强度的等级。对于结合界面处两种 不同强度等级的混凝土共同作用时,应以较低强度 等级作为计算标准来进行换算。 

2 　结构建模计算 

211 　增大截面加固考虑要点 

(1) 在主拱圈及拱波下缘锚喷10 cm厚C30 混 凝土板,增强主拱圈整体性,提高其抗弯能力;在拱 圈上缘第一腹拱范围内浇注15 cm厚C30 混凝土, 增大拱圈截面。 

(2) 在腹拱圈下缘现浇20 cm厚30 cm宽、间距 1115 m的C30 钢筋混凝土肋,增大、增高腹拱圈截 面,提高腹拱圈承载能力。 

(3) 拆除原桥面铺装,重新铺桥面,更换栏杆,排 除安全隐患,加设伸缩缝。

 212 　材料 由于此桥建设年代比较久远设计图纸没有保 存,计算时材料特性参照同期建设的桥梁假定:主拱 肋:20 号混凝土;主拱圈拱波:17 号混凝土预制块: 主拱圈拱板:8 号混凝土;立柱:715 号浆砌20 号混 凝土预制块;腹拱圈:715 号浆砌17 号混凝土预制 块;桥台:10 号浆砌30 号片石。 

213 　截面 根据实测尺寸各主要部件尺寸如下图: 图2 　加固前主拱圈截面图 图

3 增大截面加固后主拱圈截面图 214 　荷载和约束 由于此桥建成已有30 多年,收缩徐变已经完 成,而且桥梁建模采用实际测量的尺寸数据,故此次 加固不考虑收缩徐变的作用。结构主要考虑的作用 有:恒载(分加固前和加固后增加的恒载) ;汽车荷载 (考虑冲击力) ,温度作用。主要的荷载组合有:组合 Ⅰ:112 恒载+ 114 汽车(考虑冲击力) ,荷载组合系 数为110 ;组合Ⅱ: 112 恒载+ 114 汽车(考虑冲击 力) + 01896 降温(018 ×114 ×017 降温) ,荷载组合 系数为110 。 约束条件为:主拱圈拱脚为固结,腹拱圈与桥台 和侧墙均为铰结 215 　结构建模计算 利用MIDAS 软件对该桥建立模型,全桥共分 为个312 单元,230 个结点。其中用70 个梁单元模 拟主拱圈,用66 个梁单元模拟腹拱圈及横墙,用 176 个梁单元模拟桥面系及拱上填料。输入相应的 截面、材料、荷载及边界条件运行软件计算。 图4 　用MIDAS 软件建立的桥梁模型图 75 　摘　要:文章利用有限元计算软件建模计算、分析某双曲拱桥的受 力情况,介绍采用增大截面的方法加固桥梁病害部位,计算分析加 固、提载后的桥梁受力情况,并判断加固效果。 关键词:双曲拱桥;加固;提高荷载等级;增大截面 0 　前言 某座钢筋混凝土双曲拱桥,建成于20 世纪70 年代,全长为 80 m ,桥面宽为:净7100 m (行车道) + 2 ×0140 m (栏杆基座) 。上 部结构为1 ×50 m钢筋混凝土双曲拱(实测净矢高813 m ,净跨径 49195 m) ,主拱圈为5 肋4 波及两侧各1 个悬半波;下部结构为重 力式桥台;桥尾岸第一腹拱拱圈和横墙曾经加固过,原设计荷载为 汽车- 13 ,拖车- 60 。经检测发现主拱肋1/ 4 跨至拱顶段拱肋下边 缘存在较多横向裂缝,拱脚部位拱肋下边缘存在混凝土剥落、露筋; 拱波部位发现纵向裂缝;腹拱圈部位发现横向裂缝及网状裂缝等病 害,桥台及基础良好。根据业主要求该桥需要加固提载,加固后荷 载等级提高到公路- Ⅱ级(相当于汽车- 20 ,挂车- 100) 。由于本 桥建设年代比较远,原设计图纸没有保留,加固计算模型采用实际 测量的尺寸建立,所用材料参照同时期建设的桥梁采用,加固用材 料依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》J TG D62 - 2004 采用。利用有限元软件计算分析桥梁受力情况,分析病害 产生的原因,用增大截面的方法加固主拱圈及腹拱圈,计算分析加 固、提载后的桥梁受力情况,判断加固效果。213 　截面 根据实测尺寸各主要部件尺寸如下图: 图2 　加固前主拱圈截面图 图3 　加固后主拱圈截面图 214 　荷载和约束 由于此桥建成已有30 多年,收缩徐变已经完 成,而且桥梁建模采用实际测量的尺寸数据,故此次 加固不考虑收缩徐变的作用。结构主要考虑的作用 有:恒载(分加固前和加固后增加的恒载) ;汽车荷载 (考虑冲击力) ,温度作用。主要的荷载组合有:组合 Ⅰ:112 恒载+ 114 汽车(考虑冲击力) ,荷载组合系 数为110 ;组合Ⅱ: 112 恒载+ 114 汽车(考虑冲击 力) + 01896 降温(018 ×114 ×017 降温) ,荷载组合 系数为110 。 约束条件为:主拱圈拱脚为固结,腹拱圈与桥台 和侧墙均为铰结 215 　结构建模计算 利用MIDAS 软件对该桥建立模型,全桥共分 为个312 单元,230 个结点。其中用70 个梁单元模 拟主拱圈,用66 个梁单元模拟腹拱圈及横墙,用 176 个梁单元模拟桥面系及拱上填料。输入相应的 截面、材料、荷载及边界条件运行软件计算。

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