剛架拱橋病害特點(diǎn)與防治對策

1、剛架拱橋病害特點(diǎn)與防治對策劉云川1,劉建民2,王志輝3(1.江西省公路橋梁監(jiān)理咨詢中心,江西南昌330006;2.菏澤公路局監(jiān)理公司,山東菏澤274003;3.山東交通學(xué)院土木工程系,山東濟(jì)南250023摘要:結(jié)合山東省剛架拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及目前的病害情況,總結(jié)幾年來維修加固的效果,從結(jié)構(gòu)分析、加固方案經(jīng)濟(jì)性、施工可行性角度,初步提出了相應(yīng)的維修加固方案與改進(jìn)對策。關(guān)鍵詞:剛架拱橋;病害;維修加固;對策中圖分類號:U448.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-0032(200602-0026-03收稿日期:2006-04-20基金項(xiàng)目:山東省交通科技計(jì)劃項(xiàng)目(200418Y 01作者簡介:

2、劉云川(1964-,男,江西都昌人,江西省公路橋梁監(jiān)理咨詢中心高級工程師.山東省道路主干線上剛架拱橋36座,其中特大橋3座,大橋20座,中橋13座,橋齡于1520a 之間。該類橋是目前跨徑3060m 橋梁的主要橋型,在交通中起到十分重要的作用。近幾年來,交通量大增,車輛軸荷明顯增大,橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)常損壞,使得該類橋已經(jīng)進(jìn)入維修期,技術(shù)狀況均為34類,個(gè)別更低,甚至出現(xiàn)封橋現(xiàn)象。剛架拱橋的維修加固工作日益顯現(xiàn),而且越來越繁重。在國內(nèi)其他省份與地區(qū)剛架拱橋也出現(xiàn)了不同程度的病害1-2,并試圖進(jìn)行橋型改進(jìn)3。1剛架拱橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)剛架拱橋?yàn)橛兴酵屏Φ母叽纬o定結(jié)構(gòu),適合跨徑為2570m 。剛架拱片是剛

3、架拱橋的主要承重構(gòu)件,一般由跨中實(shí)腹段的主梁、空腹段的次梁主拱腿、次拱腿等構(gòu)成。剛架拱片的施工一般采取分段預(yù)制后裝配的方法。橫向聯(lián)系梁(橫隔板起橫向聯(lián)系的作用,可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性,并有利于荷載橫向分布。理論上,在恒載作用下,剛架拱橋各構(gòu)件的彎矩達(dá)到最小?？刂平孛鏋?跨中截面的最大正彎矩、節(jié)點(diǎn)截面的最大負(fù)彎矩、柱腳截面的最大負(fù)彎矩和最大水平推力。鋼筋混凝土剛架拱橋因其外形輕巧美觀、質(zhì)量小、造價(jià)低、整體性好、橋下凈空大、施工方便、受力合理、節(jié)省材料的優(yōu)點(diǎn),在20世紀(jì)七八十年代在我國大量修建。相對于當(dāng)時(shí)的交通量及荷載等級,此類拱橋還是合理的、適用的。2病害特點(diǎn)1主拱腿、次拱腿根部(拱腳處、聯(lián)系梁上緣

4、裂縫。主拱腿作為主要承重構(gòu)件,直接決定著橋梁的安全性,調(diào)查表明剛架拱尚未出現(xiàn)明顯的破壞性損傷,個(gè)別出現(xiàn)拱腳裂縫,并不影響其承載力。2上弦桿、主節(jié)點(diǎn)、次節(jié)點(diǎn)結(jié)合部位裂縫。上弦桿、主節(jié)點(diǎn)、次節(jié)點(diǎn)結(jié)合部位出現(xiàn)的裂縫具有一定的普遍性。如果裂縫寬度沒有超過規(guī)范值,而且裂縫寬度比較穩(wěn)定,對承載能力影響不大。3橫向聯(lián)系梁損壞明顯。橫向聯(lián)系梁起到橫向分布荷載的作用,其脫落現(xiàn)象與施工有一定的關(guān)系,節(jié)點(diǎn)鋼板的焊接不當(dāng)將降低節(jié)點(diǎn)的剛度。4微彎板裂縫、穿孔、斷裂甚至塌陷。此類裂縫主要發(fā)生在微彎板底面。微彎板是剛架拱傳力的第一步,車輪荷載直接作用在微彎板上,形成集中力。超載車增多,微彎板配筋較少,使得微彎板普遍損第14

5、卷第2期2006年6月山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNA L OF SH ANDONG J IAOT ONG UNIVERSITY V ol.14N o.2Jun.2006第2期劉云川等:剛架拱橋病害特點(diǎn)與防治對策27壞,出現(xiàn)縱裂、泛白,以致斷裂,影響到生命與財(cái)產(chǎn)的安全。5橋面裂縫。橋面裂縫極為嚴(yán)重,大部分裂縫屬于微彎板接縫開裂或板本身裂縫反射到橋面上,形成有規(guī)則的縱、橫向網(wǎng)狀裂縫。同時(shí),橋面負(fù)彎矩區(qū)也產(chǎn)生較嚴(yán)重開裂。3病害原因剛架拱橋具有自重較輕、用鋼量較少等優(yōu)點(diǎn),符合當(dāng)時(shí)我國的經(jīng)濟(jì)情況。但是,由于剛架拱具有合理的拱軸線,在恒荷載作用下,各構(gòu)件的彎矩較小。而目前車輛荷載增加較大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)。同

6、時(shí)各構(gòu)件均為偏壓或受彎構(gòu)件,且截面尺寸相對較小,對荷載的增加十分敏感。在動(dòng)荷載作用下,剛度較小,振動(dòng)較大。動(dòng)荷載對剛架拱的內(nèi)力影響較大,相應(yīng)地造成結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn),形成破壞,主要表現(xiàn)為:1超載潛力小。不超載時(shí),剛架拱橋各構(gòu)件工作尚屬正常。一旦超載車增多,或橋面路況不好,橋面引起較大的跳車、沖擊、振動(dòng),就會發(fā)生較大變形,造成控制截面承載力不足,致使各構(gòu)件的薄弱面出現(xiàn)裂縫。2整體剛度差。由于結(jié)構(gòu)輕型,又是預(yù)制安裝,使得主拱肋、微彎板、混凝土填平層及橋面鋪裝四者之間的連接強(qiáng)度不足;橫向、縱向剛度均弱,變形較大;在超載車作用下變形超標(biāo),極易引起構(gòu)件開裂;經(jīng)常出現(xiàn)拱腿脫落,主次拱腿與節(jié)點(diǎn)連接處開裂的現(xiàn)象。3

7、動(dòng)力效應(yīng)明顯。由于橋面不平整引起的沖擊、振動(dòng)會強(qiáng)烈地影響著各構(gòu)件的受力,且這種沖擊、振動(dòng)長時(shí)間影響著構(gòu)件,加速了主要受力構(gòu)件的疲勞破壞。因此,為了減少動(dòng)力效應(yīng),日常維修養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)及時(shí),發(fā)現(xiàn)橋面裂縫、坑槽等應(yīng)盡快修補(bǔ),保持橋面良好的運(yùn)營狀態(tài)。4微彎板局部強(qiáng)度低。微彎板內(nèi)配筋較少,在重車作用下微彎板開裂、斷板乃至塌陷時(shí)有發(fā)生。5節(jié)點(diǎn)弱化現(xiàn)象。剛架拱是二次拼裝而形成的,節(jié)點(diǎn)連接鋼板處易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)弱化現(xiàn)象,出現(xiàn)橫隔梁脫落現(xiàn)象。從結(jié)構(gòu)分析上來說,在剛性節(jié)點(diǎn)的假定情況下,桿件破壞的部位在距離桿端5cm左右,破壞時(shí)節(jié)點(diǎn)保持完好,而實(shí)際上由于裝配時(shí)施工質(zhì)量的問題,造成節(jié)點(diǎn)剛度弱化,使得桿件破壞發(fā)生在節(jié)點(diǎn)連接部位

8、。6橫向整體性較差。全橋雖然有一定的整體性,但總的來說整體性還是比較差的,橋面板的剛度主要沿橫橋向分布,當(dāng)荷載是偏載作用時(shí),另外拱肋所承擔(dān)的力和彎矩遠(yuǎn)小于受力一側(cè)拱肋。清水河剛架拱橋位于國道G204線上,全長204m,經(jīng)過長期的運(yùn)營,質(zhì)量明顯下降,出現(xiàn)了上述的典型病害。靜載試驗(yàn)表明,主拱拱頂正面截面強(qiáng)度與剛度滿足試驗(yàn)荷載的要求,但其承載力潛力不足,在現(xiàn)有質(zhì)量情況下,安全度較低,如有超載處理本橋安全性將受到嚴(yán)重威脅。動(dòng)載測得的一階振動(dòng)頻率為2.45H z,不能滿足混凝土橋梁豎向振動(dòng)頻率不小于3.0H z的要求,實(shí)測的阻尼為1.89,表明動(dòng)力性能較差,這與整體上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多處裂縫有關(guān)。上述原因的出

9、現(xiàn)與全橋承載力相對與車輛超載的安全度不足相關(guān),同時(shí)也與剛架拱的剛度降低、動(dòng)力性能不足有關(guān)。4維護(hù)對策4.1加強(qiáng)日常維護(hù)與小修剛架拱上部結(jié)構(gòu)由微彎板、橫系梁、次拱腿、次梁、主拱腿組成,每一個(gè)構(gòu)件均發(fā)揮著不同的作用,每一個(gè)部位出現(xiàn)破壞均會破壞原有的設(shè)計(jì)傳力體系,可能造成整個(gè)橋的破壞,因此剛架拱的養(yǎng)護(hù)要做到及時(shí)維修加固。及時(shí)的小修可推遲大修的到來,達(dá)到節(jié)省維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的目的。4.2維修加固要全面統(tǒng)籌對剛架拱的加固要做到全面統(tǒng)籌,保證維修加固后各構(gòu)件具有相同的承載力、耐久性和可靠度。韓莊剛架拱進(jìn)行了主拱圈的增大和斷面加固,但是時(shí)過2a,次梁出現(xiàn)了超出養(yǎng)護(hù)規(guī)范寬度的裂縫。4.3改進(jìn)橋型通過幾何尺寸的拓?fù)?/p>

10、優(yōu)化,使得該類橋?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有荷載下的合理軸線;根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范對截面尺寸、配筋進(jìn)行優(yōu)化;結(jié)合現(xiàn)有的施工方法與技術(shù)水平,對施工過程進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合現(xiàn)行的規(guī)范對剛架拱橋的性能進(jìn)行全面的改進(jìn),解決剛架拱超載潛力小、整體剛度弱、動(dòng)力效應(yīng)影響大、微彎板局部強(qiáng)度低、橫向整體性較差等缺點(diǎn)。5加固方案5.1加固原則1盡量保持原拱軸線。剛架拱是由桁架拱橋和斜腿剛架橋發(fā)展起來的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式,具有合理的拱軸線。在合理拱軸線下構(gòu)件的彎矩較小,構(gòu)件的材料強(qiáng)度方可得到有效的發(fā)揮,因此盡量不要破壞其合理、經(jīng)濟(jì)的拱軸線。2增大結(jié)構(gòu)抵抗車輛荷載的能力。剛架拱結(jié)構(gòu)本身對外增荷載較為敏感,其加固應(yīng)增加整體結(jié)構(gòu)的豎向、橫向剛度。在滿

11、足結(jié)構(gòu)承載力的前提下,減小其振動(dòng)性,減小動(dòng)力荷載對結(jié)構(gòu)損傷的程度。5.2加固方案比選橋梁加固方案的選取及其經(jīng)濟(jì)合理性直接與橋型、橋梁受力特點(diǎn)、選用材料等密切相關(guān),因此加固設(shè)計(jì)前要根據(jù)現(xiàn)場病害情況仔細(xì)分析其原因,從設(shè)計(jì)施工的經(jīng)驗(yàn)、施工方法與難易程度、主要工程數(shù)量、施工周期和全橋工程造價(jià)等方面找出最科學(xué)經(jīng)濟(jì)的加固辦法,同時(shí)還要考慮施工對環(huán)境、加固效果等。表1為常用橋梁加固方法的比較。筆者認(rèn)為宜采用貼鋼板條的方法來加固剛架拱,它可以增大剛架拱的剛度,彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)自身的弱點(diǎn);同時(shí)不改變結(jié)構(gòu)的拱軸線;施工、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)十分成熟。表13種橋梁加固方案加固方案粘貼鋼板條法增大斷面法粘貼碳纖維布法設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)常用方法,有

12、成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)較為豐富,可以有效地增加截面的幾何參數(shù)在加固立柱和受彎構(gòu)件中有較為廣泛應(yīng)用,較少用于剛架拱斜截面抗剪加固,也沒有較為成功的工程實(shí)例,設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)尚不成熟施工方法與難易程度施工方法簡單、易于操作、技術(shù)要求不高,但施工比較麻煩施工較為方便只需用樹脂將碳纖維布粘貼在淵潔構(gòu)的表面上,施工方便,但技術(shù)要求高施工工期較長較長較短主要工程量較低較低較高5.3清水河剛架拱橋加固實(shí)例橋梁加固方案的選取及其經(jīng)濟(jì)合理性直接與橋型、橋梁受力特點(diǎn)、選用材料等密切相關(guān),因此加固設(shè)計(jì)前要根據(jù)現(xiàn)場病害情況仔細(xì)分析其原因,找出最科學(xué)經(jīng)濟(jì)的加固方法。針對清水河橋的病害,采取加固措施為:1拆除原來橋面鋪裝層,更換

13、微彎板,由新的預(yù)制橋面板和現(xiàn)澆混凝土層組成;2對拱片、斜撐以及弦桿進(jìn)行加固,提高其承載力;3對開裂裂縫進(jìn)行封縫,恢復(fù)橋梁的耐久性;4加固采用粘貼鋼板法,在不該變合理軸線的前提下,提高橋梁的整體剛度,減小振動(dòng)。在橋梁加固新材料和加固方法方面,目前國內(nèi)尚未有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),因此為了保證橋梁加固施工質(zhì)量,很有必要制定相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范及其施工質(zhì)量的控制方法。參考文獻(xiàn):1劉洪瑞,周俊鋒.超載作用下剛架拱橋的病害分析與防治J,廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,20(2:42-45.2諶潤水,胡釗芳,帥長斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例M.北京:人民交通出版社,2002:145-172.3趙彤,謝劍.碳纖維

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16、ineering,Xian Univer sity o f Science and Technology,Xian710054,China2.Xian Highway Research Institute,Xian710054,China;3.Jining Highway Bureau,Jining272100,ChinaAbstract:The anti-sliding performance of the cement concrete pavement is one of the factors that affect the use quality of pavement.The ar

17、ticle aims at im proving the anti-sliding performance of pavement from the aspects of material choices,structure designs and construction techniques in the light of several factors affecting the anti-sliding performance of pavement.At the sametime,based on the observation of several trial roads in J

18、ilin province,it als o puts forward the reas onable cross-section form of notch groove which is suitable for the cement concrete pavement,the direction of notch groove,the appropriate carving time as well as the selection of the notch groove machines.K ey w ords:cement concrete pavement;anti-sliding performance;use quality;construction technique;notch groove(責(zé)任編輯:郎偉鋒 (上接第28頁Characteristics and Control Measures of Rigid-FramedArch B ridge DiseasesLIU Yun-chuan1,LIU Jian-min2,WANG Zhi-hui3(1.Road Checking and Consulting Centre o f Jiangxi Prov.,Nanchang330006,Ch