双曲拱桥梁的加固方法和选择原则双曲拱桥梁的加固方法和选择原则赵伟(广西大学土木建筑工程学院,南宁530004)【摘要】目前一些双曲拱桥都出现了病害现象,须进行加固处理或进行分析处理的桥梁很多.文章主要介绍了双曲拱桥的研究概况,矛总结了适合双曲拱桥的加固方法和选择原则.【关键词】双曲拱桥加固【中圈分类号】U445,72【文献标识码】A【文章编号】1674-0688(2007)14—0113-03 双曲拱桥具有造价低,材料省,施工丁艺简便,跨径适应大等优点,而且桥型美观,具有民族特色.双曲拱桥虽然造价低,材料省,但随着国民经济的快速发展,运输量大增,荷载等级提高,其已经不能满足需要,部分双ff}f拱桥甚至已经成为危桥.对于其中某些桥而言,由于拱肋依然就有足够的承载力,只要技术合王甲,施J_:措施得当,刘此类拱桥经过改造,提高荷载等级后仍町以利用,改造这类桥梁仍有较好的社会效益和经济效益.一,研究概况双曲拱桥梁出现于20世纪60年代中期,是中闷独有的桥型,所以对它的研究没有外经验可以参考和借鉴.它的结构特点和施T方法适应了我阳当时的生产技术水平.双曲拱桥梁一开始是由民间建造的拱桥,其没计并'『殳有很确切的计算方法和计算理沦,有经验的成分,这个时期修建的双曲拱桥梁主要应用于农村公路或低等级公路.到r70年代中后期,随着双曲拱桥梁被捧,到大跨度重载干线公路后,存相荚交通部门的探索和研究下,较成熟的计算理论才逐步形成,但仍有许多近似的假定.町以说,相当数量的双曲拱桥梁的设计是在半理论半经验的条件下完成的.同时,由于受到当时的材料及施T技术的限制,这些双曲拱桥粱在运营了30～40年后部不同程度地出现了病害,部分桥梁已经成为危桥.自20世纪90年代开始,随着大量双曲拱桥病害的出现,全国各级交通部门均对双曲拱桥的加同进行了探索.针'对桥梁的具体情况,形成了不同的JJⅡ同方法.汀苏省阜宁古颜桥,【J1 东省泗河大桥,道县潇水人桥等均采用扩大拱肋截面的方法进行加固,提高桥梁的荷载等级;…西省静乐县五村桥,云南省大理四十里桥,江西省香电大桥等采用挂钢筋网锚喷混凝土加同主拱圈的方法对桥梁进行改造,取得了较好的经济效益;IJI西省胜利桥,南京张湾大桥,湘阿古丈北门桥等在拱脚粘贴碳纤维布或钢板,为新材料在双曲拱桥加固中的应用作出r有益的尝试;湖南省衡阳县东山大桥,』flI东省冯寨桥采用体外预应力加固方法对桥梁进行改造,保障了公路的畅通;广西兴安升坪大桥,深渡大桥,杭州南渡大桥采用改变结构体系加固方法获得成功:重庆交通学院周志祥教授对大宁河大桥(主跨l10 米)采用改变拱上建筑结构体系,加强主拱圈横向联系,加强拱顶薄弱部位相结合的综合加同方法,将桥梁从汽车一I3提高到汽车一15级,取得r显着的经济效益.现有的一些研究成果均是一些具体的加同实例,研究主要集中在采用的加固方法,如加大截而法,粘贴碳纤维布法,锚喷混凝土等双曲拱桥梁的加同方法.研究中主要针对这几类加c占1法的具体步骤和施中主要采取的措施,研究成果均是在解决独立的]二程问题中进行的,没有系统的分析和上升到理论性的阶段来,没有形成系统的钊'对双曲拱桥梁加阎的方法.而且对双曲拱桥梁旧桥的检测,分析评价双曲拱旧桥的承载能力和加固可行性方面,以及对加同后的效果的评价研究很少.仵加r占f计算分析方面,目前研究不多,从已有的研究资料来看,没有太多的介绍,只是简要提到加固截面验算的大致思路.二,双曲拱桥梁的加固方法加同及施t技术方法的主要内容是双曲拱桥的梁裂缝处置方法,上部结构和下部结构的补强措施及加固方法.(一)双曲拱桥的裂缝处置方法一般情况下,裂缝的大量存在会降低结构的刚度,整体性,结构的承载能力,也会严重影响到桥梁结构的耐久性,同时裂缝还会诱发其他病害因此,重视裂缝研究,找出裂缝产【作者简介】赵伟(1979一),男,广西南宁人,广西大学土木建筑工程学院2005级研究生.2007.14企业科技与发展113生的原凶,埘于双曲拱桥的加同改造有着重要的意义.1裂缝类型根据裂缝对结构的危害性,可以分为三种:贯穿裂缝;深层裂缝;表面裂缝.2.裂缝修补方法对于裂缝的修补,其主要目的是恢复结构的整体性,保持结构的强度,刚度,耐久性,抗渗性及外形的美观.常用的修补方法有:表而封闭修补法,压力灌浆法和壁可法.(1)表而封闭修补法桥梁结构的裂缝表面修补,常用的法有:填缝,表i葡抹灰,凿槽嵌补,表面粘贴和表面喷浆等.(2)压力灌浆法力灌浆是指施加一定的力,使某种浆灌人结构内部裂缝中去,以达到封闭裂缝,恢复并提高结构强度,耐久性和抗渗性能的一种修补方法.此法一般用于裂缝多且深入结构内部或结构有隙的修补法场合.按灌浆材料的不同,压力灌浆可分为水泥,石灰,勃上灌浆,化学灌浆和沥青灌浆.(3)壁叮法壁可法是指采用特制的橡胶管,利用橡胶的收缩力,自动地控制注浆.其核心是裂缝全封,恒压力和慢速注浆.它的原理是利用缓慢均匀的压力,通过浆液将微细裂缝中的空气压人混凝土的毛细空中,并由混凝土的自然作用排除,克服裂缝叶t的气阻现象,使其灌注的胶液达到微细裂缝的末端,从而确保修补质量.(二)双曲拱桥上部结构加固1双曲拱桥加固基本原理总体卜讲,对桥梁结构进行加固补强可以从外冈和内因l两个角度进行分析.(1)从外角度是通过结构的性能改变提高主拱圈的承载力①增大主拱罔截面面积埘主拱圈采用喷射混凝上,现浇混凝土,外包混凝土等加同7r法,部是属于此类加f^1技术和_疗法.采用增尺主拱圈截面的方法加阎,其目的是当荷载等级不变的前提下,减小主拱圈截而承受的拉血力.当简载等级增加时,保持或适当减少主拱罔截面承受的拉应力,保持在主拱圈材料性能承受范闱内,从而达到加固主拱圈,提高承载力的目的.②增加拱的强度对主拱圈采用环氧树脂砂浆(胶浆)粘贴钢板,钢筋,玻璃钢,碳纤维布,芳纶纤维布等高强度材料,增加主拱圈的强度都是属于此类加同方法和技术.采用增加主拱圈强度的方法加,其目的是当衙载等级不变或荷载等级增加时,增加主拱圈的强度,使荷载对主拱产生的拉应力小于补强材料的强度,从而达到加同主拱圈,提高承载力的日的.(2)从内冈角度就足采用改变结构体系,减轻拱￡:建筑恒载重量,提高主拱圈的承载力①政变结构体系,减小拱的【人】力114企业科技与发展2007.14采用梁拱结合共同受力的方式,或将原桥重力式拱上建筑改变为轻型的析架或刚架,减轻主拱罔承受的恒载重量,减小主拱圈承受恒载内力,也就减小了拱圈承受拉力,从而与上述加固的方法一样,可以达到加圊主拱圈,提高承载能力的目的.②减轻拱上建筑恒载重量,减小主拱圈的内力采用减轻桥面自重和减轻拱上建筑自重,减小主拱圈承受的恒载内力,也叮以减小主拱罔承受的拉应力,达到加固主拱罔,提高承载的目的.综上所述,无论采用何种加阎方法和加阎技术,无论采取改变主拱圈外部条件还是改变桥梁自身状况,调整主拱圈承受的内力的目的都是为了减小主拱圈承受的拉应力.对于抗压性能极好的双曲拱桥,减小了主拱圈的拉应力,也就意味着提高了主拱罔及原桥的承载能力,殊途同归而已.2.双曲拱桥上部结构常用的加固方法(1)增人拱肋截面加咧法增大拱肋截面加同法是通过采用外包钢筋和混凝土加大原拱肋的截面尺寸,增加拱肋截面的含筋率或变无筋拱肋为有筋拱肋,从而提高拱肋抗弯刚度的一种加同方法.(2)锚喷混凝土加固法当主拱圈承重构件的截面不足,或施丁质量不佳,或墩台地基沉降,或桥梁长期超载运营等原因引起开裂,变形等,可采用锚喷混凝土加同法.锚喷混凝十加同法所形成的组合结构,既根治了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中病害,又恢复了原结构变形的协调性.使其能够承受更火的外简载.此外,锚喷混凝土还具有以下的优点:不用或只用面模板,混凝土混合料的运输,浇灌和捣实结合为?道lr序;-J'通过输料软管在高空,深坑或狭小的T作空间内任意方位施作薄壁的或复杂造型的结构;设备与J:序简单,占地少,机动灵活,节省劳动力,具有广泛的适应性,具有施:I二快速简便,经济可靠,不中断交通等优点.(3)粘贴加同法在荷载作用下,主拱圈产生拉应力,如果超过其承受限度时,将导致主拱圈开裂,破损而丧失承载力,甚至坍塌.除了前述可以通过增大截面法减小主拱圈承受的拉应力,提高原桥承载力的途径外,还可采用环氧砂浆在结构的受拉区段粘贴钢板,钢筋或纤维材料等,增加主拱圈的强度,提高桥梁的承载力.该加同方法具有施工简便,所占空间小,不减小桥梁净空,加固施T周期短,消耗材料少,加同部位,范围与强度可视设计构造需要灵活设置,并可在不影响或少影响交通的情况下施f等优点.(4)拱}E7JⅡ法拱托加同法是在原主拱外侧增加2条截面面积很大的拱肋,并通过强大的横向联系(如横向预应力)引日拱圈共同作用,新肋对旧拱如同一个"拱托".(5)调整拱轴线与压力线加固法拱轴线的形状不仅直接影响到主拱罔的内力分布及截面应力的大小(亦即主拱圈的承载能力),而且它与结构的耐久性(开裂影响),经济合理性及施工安全等密切联系.对于主拱圈变形过大的双曲拱桥,实际拱轴线与压力线的偏离较大,此时仅仅加强主拱圈截面进行补强加固并不能有效地改善主拱圈的受力状况,就需要对拱轴线与压力线进行调整,使两者尽量吻合以改善主拱圈的受力.(6)改变结构受力体系加法通过改变桥梁结构体系主拱圈的内力,是双曲拱加同改造中一种行之有效的方法.当拱桥的上部结构恒载重力过大,或基础的承载力不足,迫使拱脚产生水平位移或转动,主拱圈产生变形,拱轴线发生变化时,在条件许可的情况下,可以调整拱上建筑的布置,改变原拱桥结构体系,以改善主拱圈的受力状况,达到加改造,提高原桥承载力的目的.(7)箱拱加同法箱拱加用法,即以钢筋混凝土薄板将拱肋俩俩相连,使双曲拱桥变成封闭箱拱.显然,这一方法能显着增大桥梁的横向联系,使横向刚度增大,同时使拱肋承面积增大许多,也能从根本解决双曲拱桥主拱圈截面面积和横向联系不足的问题.i司时由于哉币i呈箱形,截面抵抗矩大增,使得主拱圈的变形显着减小(8)预应力钢拱加法预应力俐拱承托加【嗣方法是通过预歧力钢拱对主拱肋形成承托,以降低主拱的应力水平,并使加结构与原结构共『l=jj承担恒载和活衍载,从而达到有效提高双曲拱桥承载能力的目的.此法具有不中断交通,不改变桥梁结构,基本不增加拱桥结构高度,不影响桥下通航能力等优点.(三J双曲拱桥下部结构常用的加固方法双曲拱桥的墩台及基础的病害主要是均匀沉降,地_基承载力不够和过大的水平位移其中墩台的水平位移是拱式桥梁的常见病害,主要的处置疗法是顶推加固法和预应力拉杆加固法.1_顶推加固法建于软土地基上的双曲拱桥,往往由于地基松软而产生水平位移和沉降,使其拱轴线下沉,拱肋开裂,从而影响桥梁的正常使用.为了消除水平位移弓f起的损坏,可采用顶推工艺使拱轴复位,调整主拱圈内力,达到加固的目的.运用顶推工艺可以在恢复断面整体性完好的前提下,恢复原桥的承载能力. 它比其他的方法更经济实用,可在不损坏原桥外貌,不缩小通航净空的情况下,完成桥梁的加同1二作.2.预应力拉杆加固法对于拱圈纵向开裂或横向开裂,以及桥台产生位移,拱顶下挠的拱式桥梁,可采用预应力拉杆法进行加同.目前采用的主要是钢板箍套钢筋拉杆加阎法,或钢筋混凝土拉杆法.通过顺桥向设置的钢筋混凝土拉杆或钢拉杆施加预应力进行加同, 具体施r工艺与后张法预应力梁桥的施:f方法相同.三,加固方案选定原则在选择加固方案时,应遵循以下原则:(1)桥梁加『嗣后,无论结构性能,承载能力,耐久性方面都能达到使用上的要求.(2)桥梁加固一般以不改变原有结构形式为原则,采用加大受力截面或者修复原来桥梁构件,或者采用其他措施来提高桥梁的承载能力.(3)了解和判断桥梁下部结构的承载能力潜力,以满足加固后所增加桥梁的白重和活载对基础的要求.如果基础或墩白的承载力不足,或上部结构缺陷是南墩台和基础的沉降,位移所引起的,就要求对下部结构进行加固处理.(4)桥梁加固的经济效益比较结果,是影响加固方案和设计是否被采用的决定因素之一.成本越低,经济效益就越好. (5)桥梁加阎的方式,要根据桥梁结构形式,承载能力增强程度或今后交通运输趋势综合研究确定.(6)存选定桥梁加嘲方案时,还应考虑到以下素:加设施的养护费用,加固时交通阻碍造成运输』一的损失,加阎技术的耐久性,施r安全性以及对环境的干扰程度等.这些因素都不能忽视.参考文献[1]中华人民共和国交通部.西部交通建设科技项目可行性研究报告[R].20()6.[2]刘来君,赵小星.桥梁加固设计及施工技术[M].北京:人民交通出版社,2004.[3]蒙云,卢波.桥梁加固与改造[M].北京:人民交通出版社,2IH)4.[4]刘国林,罗锡国.双曲拱桥加固[.门.中南公路工程,2002,27(4):55～57.[5]陈开利,王邦相,林亚超.桥梁工程鉴定与加固手册[M].北京:人民交通出版社,2005.[6]曾小刚,肖盛燮,朱增辉.旧桥加固方案优选原理及程序开发【J].重庆交通学院,2005,24(1).[7]夏伟.双曲拱桥病害类型及加固方法研究[D].合肥工业大学,2006. 2007."14企业科技与发展115（本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。