剛架拱橋病害分析與荷載試驗研究

1、剛架拱橋病害分析與荷載試驗研究摘要：鋼架拱橋在實際應(yīng)用中，其自身構(gòu)件較少、且施工較為簡單方便，在交通 道路施工中應(yīng)用較廣泛。但是在具體工程建設(shè)中，受運營條件、設(shè)計施工、超重 載荷及外部環(huán)境等方面的影響，在剛架拱橋中也常會出現(xiàn)很多病害問題。 本文結(jié) 合云安縣鯉魚山橋及其相應(yīng)的靜載試驗報告的結(jié)果，總結(jié)了剛架拱橋的病害特 點，對病害進行分析，并以此為例，對此類橋型的病害對結(jié)構(gòu)性能的影響進行分 析。關(guān)鍵詞：剛架拱橋；病害問題；荷載；處理方法剛架拱橋是在斜腿鋼架等基礎(chǔ)之上經(jīng)過技術(shù)不斷改造發(fā)展而來的新的橋型。在實際工程應(yīng)用中具有建造成本低、 構(gòu)件較少、造型美觀等優(yōu)勢特點，并且對工 程所在地的承載力要求不高

2、，這些優(yōu)勢特點使得其在一段時期內(nèi)廣泛使用， 尤其 是我國的公路等交通干線中得到了很好地運用， 并為公路交通事業(yè)的發(fā)展做出了 很大的貢獻。但是在長期使用中，其缺點也逐漸暴露出來，對橋梁的安全運營產(chǎn) 生了嚴(yán)重影響。橋梁病害的出現(xiàn)，對橋梁自身的結(jié)構(gòu)和相關(guān)性能都帶來了不利影 響。一、常見的病害及原因分析為了及時查找橋梁所存在的潛在危險， 對橋梁的承載力等進行檢測分析，并 未今后橋梁的加固技術(shù)等提供有力的依據(jù)， 對橋梁進行了相關(guān)的檢測試驗，包括 對橋梁外觀的觀察、橋面的檢查和橋梁動力荷載試驗等。根據(jù)所檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果 得知，所檢測的橋梁均出先不同程度的病害，對橋梁的結(jié)構(gòu)性產(chǎn)生了一定的影響, 同時也為其加固

3、和修復(fù)工作提供了相應(yīng)的依據(jù)。（一）出現(xiàn)的病害問題1、橋梁外觀、橋面檢查中的問題該橋橋面為鋼筋砼鋪裝層，橋面車道布置如圖1所示，檢測中發(fā)現(xiàn)其主要病 害有：各伸縮縫內(nèi)均填滿沙石，橡膠條局部破損；各跨橋面普遍存在貫通整跨的 縱向開裂和不同程度的網(wǎng)裂，第2跨橋面出現(xiàn)砼破損、穿洞現(xiàn)象；橋面局部橫向 開裂。如下圖1所示。梅縣一.、rJ-Vn1高陂1 n a JI Cdi非機動車道n機動車道_ . _ _ _ . . _ _ _ . _ _ _ . _ In roy 機動車道n'a.ire1非機動車道1圖1大埔縣高陂田家炳大橋橋面布局檢測圖'_*2、結(jié)構(gòu)病害問題如花溪大橋，除了橋面出現(xiàn)不同程

4、度的磨損外， 在檢測中，發(fā)現(xiàn)其橋梁結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了病害問題。其上部結(jié)構(gòu)中，梁體腹板存在開裂現(xiàn)象，裂縫寬度在0.2mm 以下，多數(shù)裂縫寬度在0.1mm左右，未超規(guī)范限值；一片T梁單側(cè)腹板裂縫條數(shù) 約1530條，跨中處部分裂縫由腹板向下延伸至梁底；下部結(jié)構(gòu)中，左側(cè)橋臺 與橋面板開裂、分離，裂縫寬約 2cm左側(cè)側(cè)墻沿砌縫一處開裂向后延伸，右側(cè) 側(cè)墻沿砌縫開裂，裂縫寬約 1cm長約4m,橋臺有下沉現(xiàn)象；1#墩拱座距立柱1m處右側(cè)面開裂，裂縫從上向下裂開，并有滲白漿現(xiàn)象，1#墩立柱基座倒角出 現(xiàn)較多開裂現(xiàn)象，裂縫最寬為 0.3mm總之，花溪大橋簡支T梁總體技術(shù)狀況綜合評分67.86分，為3類橋梁。但 由于上

5、部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系普遍出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，病害持續(xù)發(fā)展將較大程度削弱橫向聯(lián) 系及結(jié)構(gòu)整體性，造成T梁單梁受力極為不利情況，故花溪大橋簡支T梁按照橋梁主要部件最差的缺損狀況評定為 4類。（二）病害原因分析在對橋梁進行檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其均出現(xiàn)不同程度的病害問題，究其原因,主要有三個方面。其一，與工程施工的質(zhì)量有直接的關(guān)系， 在施工中其具體的施工質(zhì)量與設(shè)計質(zhì)量有一定額差距，使得橋梁自身無法承受預(yù)定的承載力， 餅子啊長期的使用中結(jié)構(gòu)疲勞性能會出現(xiàn)下降問題，剛架拱橋的連接部位本身施工難度較大，也是施工薄弱環(huán)節(jié)，其質(zhì)量很難得到保障，這也容易造成鋼板的脫落等問題；其二，鋼架管的開裂與設(shè)計的尺寸、安全儲備等多種因素有很

6、大關(guān)聯(lián)，主要是受力過大問題容易引起裂縫；其三，橋梁作為重載的交通設(shè)備，在常年不同力的反復(fù)作用下，出現(xiàn)磨損、開裂問題在所難免。二、荷載試驗分析荷載試驗主要是在對橋梁結(jié)構(gòu)進行模擬分析和理論計算的基礎(chǔ)上，對其實際的荷載量和等級大小、相應(yīng)的加載方法等進行分析，這樣既能減少因加載過量引起的橋梁結(jié)構(gòu)受損，又能避免因計算量過低對橋梁自身承載力的浪費等。以下是對云安縣S368線鯉魚山橋靜載荷載試驗及其結(jié)果的分析。（一）靜載試驗檢測內(nèi)容鯉魚山橋主橋為剛架拱橋，由四片拱肋組成。采用有限元軟件計算,綜合考慮各拱肋的橫向分布效應(yīng)。選取拱頂、拱腳作為控制截面進行加載分析,測試其在各級荷載作用下控制截面的應(yīng)變、橋面撓度等

7、變化情況。（二）具體操作方法根據(jù)靜力荷載效率n的計算公式為:n _ SstatS式中：Sstat -試驗荷載作用下,檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；S-設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力 的計算值；右-設(shè)計取用的動力系數(shù)。本次試驗為鑒定性試驗，荷載效率取值范 圍為0.81.0（三）靜載試驗測點布置具體的測點選擇如上圖2所示。-ur;云安云浮圖2橋面撓度測點布置圖2片拱（四）結(jié)果分析在各級荷載作用下，各撓度測點測量結(jié)果如表2所示，滿載時跨中第 肋的撓度最大，撓度值為10.83mm卸載后殘余變形為0.58mm彈性撓度測試值 為10.25mm而理論計算值為8.0123mm實測值大于理論值。由于試驗跨

8、拱橋跨 徑較小、加載重量較輕，在兩個加載工況各級荷載作用下， 拱腳相對位移均未發(fā) 生變化。三、橋梁病害檢測對其結(jié)構(gòu)及加固的影響及措施從上文的分析中，橋梁的病害情況監(jiān)測為其加固技術(shù)等也提供了相應(yīng)的現(xiàn)實 依據(jù)。根據(jù)相應(yīng)的檢測結(jié)果可知，主要的加固措施應(yīng)當(dāng)從橋梁結(jié)構(gòu)及橋面磨損等 情況入手，從整體上對橋梁的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的承載力等進行改善。 根據(jù)橋梁病害的 具體情況，對其維修等也提出了相關(guān)的建議和措施。（一）橋面維修由于橋面不同程度存在鋪裝開裂嚴(yán)重，欄桿老化、開裂，伸縮縫鋼條缺失、伸張空間不足等，在具體操作中，更換全橋橋面系，并對2#墩頂簡支T梁梁端 鑿除23cm以保證梁端自由變形。同時對橋面出現(xiàn)磨損的部分

9、等進行維修，改 善其外觀。（二）承載力情況改善針對肋腋板承載力低、破損重的現(xiàn)狀，建議拆除原橋面系、更換原橋面的肋 腋板，重新修筑整體化橋面及相關(guān)的防撞欄等附屬設(shè)施；若肋腋板普遍出現(xiàn)網(wǎng)裂 現(xiàn)象，建議更換肋腋板，以防止出現(xiàn)肋腋板穿孔，威脅行車安全。（三）其它構(gòu)件加固技術(shù)在檢測中發(fā)現(xiàn)，橋梁自身的部分構(gòu)件都出現(xiàn)了不同程度的問題， 這些對橋梁 的整體性等也有很大的影響。要極強橋梁的整體性，需要從過多方面著手解決。上弦桿、斜撐等構(gòu)件有不同程度的開裂現(xiàn)象，如果裂寬均在規(guī)范允許的范圍內(nèi), 建議暫不處理，但應(yīng)定期觀測裂縫變化發(fā)展，根據(jù)其后期的變化和程度再做決定。由于橋梁容易出現(xiàn)不同程度下?lián)献冃危?建議在該橋設(shè)立

10、永久變形觀測點， 定期監(jiān) 測橋梁結(jié)構(gòu)的變形情況，并對墩立柱基座開裂處進行灌封修補處理。結(jié)語:綜上所述，隨著工程建設(shè)技術(shù)的不斷提高，人們對橋梁及交通設(shè)施的質(zhì)量要 求也不斷提高。近些年來橋梁病害現(xiàn)象并不少見， 病程呈不斷嚴(yán)重趨勢。這對橋梁自身結(jié)構(gòu)性能和橋梁在內(nèi)交通中功能的發(fā)揮都產(chǎn)生了不利影響，因此，在未來 施工建設(shè)中，要重視橋梁病害問題。要主要對橋梁的施工過程進行嚴(yán)格監(jiān)控和管 理，保證橋梁自身的質(zhì)量與設(shè)計的相一致， 在后期的使用中，也要定期對橋梁和 不同節(jié)點進行檢測和觀察，及時發(fā)現(xiàn)其中的病害問題，對橋梁的結(jié)構(gòu)和承載力情 況等進行改進和完善，提高橋梁的使用壽命。參考文獻: 1沈躍.在役剛架拱橋綜合處治方法研究J.科學(xué)時代,2012,09（20）:145-146.2黃洪猛，劉汝生，魏相君.剛架拱橋的病害分析及承載力評定J.城市道橋與