铁路双曲拱桥加固计算
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一、工程概况渔业路规划为城市主干道,主线设计时速为60km/h,主线设置双向4车道,机动车道宽3.5m,下穿京广铁路和芙蓉北路。
两侧各设置单向2车道+人、非混行道的辅道下穿京广铁路后与芙蓉北路平交。
根据建筑限界及设备限界的要求,主线隧道明挖段采用矩形断面,暗挖段采用双连拱断面,顶进段采用矩形框架结构。
拟建隧道在繁忙铁路干线京广铁路K1560+010处穿越京广铁路,共两股道,分别为京广铁路上行线及京广铁路下行线,线间距为4.18m。
隧址处京广铁路正线轨道为60kg/m钢轨,无缝线路,Ⅲ型钢筋混凝土轨枕。
在拟建场地沿京广铁路及芙蓉北路附近各有一钻孔,根据钻探资料揭露,土层按其工程力学性质结合地质年代及及成因,ZK11钻孔自上而下可分为:素填土、粉质粘土、粗砂、圆砾、强风化泥岩。
M1W3-QFD-012钻孔自上而下可分为素填土、粉质粘土、粗砂、卵石、强风化砂砾岩及中风化砂砾岩。
二、设计思路1、隧道断面设计根据建筑限界及设备限界的要求,主线隧道明挖段采用矩形断面,暗挖段采用双连拱断面,顶进段采用矩形框架结构。
图1 隧道标准横断面图2、暗挖段方案结合本隧道的工程地质及水文地质条件、隧道的开挖宽度以及与附近建筑物的关系等情况,隧道施工方法推荐采用中洞法+双侧壁导坑法施工。
辅助施工措施的选择辅助施工措施的选择主要根据隧道所处地质条件、隧道跨度及埋深、隧道与既有建筑物及其基础的关系等进行。
超前预支护措施隧道暗挖地段采取在拱部设双排φ108大管棚并采用φ42超前小导管补充注浆,以有效控制地面沉降,保证京广铁路的行车安全。
由于隧道主要位于土质地层中,且地下水位较高,为保证隧道掌子面的稳定,在施工过程中掌子面应喷砼临时封闭,必要时增设对地层进行注浆加固等措施。
隧道上方铁路加固措施为减少隧道施工对上方铁路的影响,保证京广铁路的运营安全,需对上方京广铁路进行加固。
隧道工程穿越京广铁路时,采用工字钢和吊轨梁按“横抬纵挑”法对线路进行加固,在加固范围内对既有混凝土轨枕木中间穿工字钢,吊轨将43kg/m的钢轨组合成3-5-3轨束梁后进行线路加固,吊轨与枕木用φ22U型螺栓和宽度为80mm、厚度为16mm的扣板连成一体。
钢筋混凝土双曲拱桥加固计算研究
1综述
钢筋混凝土(RC)双曲拱桥在建成后,由于土地条件及荷载等原因,可能造成桥梁的损伤和破坏。
为了改善桥梁的稳定性,维护桥梁的可靠性,以减少桥梁构件的破坏,可以采用加固技术,为了保证加固技术的经济、安全性,以及技术有效性,计算都是必不可少的环节。
因此,RC双曲拱桥加固计算研究就变得十分重要。
2加固原理
双曲拱桥加固有很多方法,可以根据桥梁特点综合考虑,本文主要讨论的是当过度拱受力过大,或荷载大于拱刚度的情况,可以采取在拱腹内设置钢筋的方式进行加固的情况。
根据双曲拱桥加固矩形容量理论,可以得出拱截面最大弯矩Md,拱使用约束效应Fd,跨径大小Yb等信息,来对双曲拱桥进行加固。
3加固计算
RC双曲拱桥加固计算,主要分为混凝土材料本构特性和钢筋配筋的计算。
混凝土材料的本构特性的计算,根据拱截面的形状,复杂性进行考虑,考虑钢筋配筋的百分比、直径、位置,才可以得出相应的加固结果,保证拱的稳定性和安全性。
4计算软件
RC双曲拱桥加固计算,由于计算复杂度大、时间长,故采用计算软件进行模型参数输入、材料参数输入、荷载准备、拱截面分析、钢筋配筋设计、断面受力计算等,可以实现RC双曲拱桥加固计算的自动化,有效减少工作量,提高效率。
5结论
双曲拱桥加固计算研究,采用计算原理和计算软件相结合,可以得出有效、可行的双曲拱桥加固方案,保证桥梁稳定性和可靠性,避免桥构件受力过大而造成破坏。
拱桥加固实例1概述仁义桥位于山西省太原市清徐县榆次一古交公路清徐段上,于1971年修建。
桥梁原设计荷载为:汽车-13级、拖车-60。
上部结构为:空腹式悬链线无铰钢筋混凝土双曲拱桥,净跨径25m,矢跨比为1/6,设计拱轴系数m=2.20,共三跨。
桥面宽度为:净-7m+2×1.0m(人行道),桥面纵坡为0,横坡为3%(双向),主拱圈宽度为7.5m。
主拱圈厚度为0.80m。
拱上建筑采用排架式副拱墩。
下部结构为:150#片石混凝土实体墩和桥台,桥墩顶宽2.0m基础为明挖扩大基础。
随着清徐县经济的不断发展,仁义桥现状已不能满足清徐一古交公路交通量日益增长、车辆荷载等级增大的要求。
为满足榆次一古交二级公路清徐路段公路建设的要求,在2004年对该桥进行了加固改造。
2加固采用桥梁技术标准(1)设计汽车荷载等级:公路—Ⅱ级,人群 3.0kN/m2,桥面组成:净—9m+2×1.0m(人行道)。
3加固依据及资料交通部部标准《公路工程技术标准》(JTJB01—2003)。
交通部部标准《公路桥涵设计规范》(1989年合订本),交通部部标准《公路桥涵施工设计规范》(JTJ041—2000),交通部部标准《公路质量检验评定标准》(JTJ071—98),交通部部标准《公路养护技术规范)JTJ0173—96),公路桥涵设计手册:《拱桥》(上、下册)(1991年版)。
仁义桥原设计文件(太原公路分局1971年)。
4加固设计要点(1)上部结构计算采用《桥梁博士》(平面杆系有限元程序)进行加固后成桥状态下活载、恒载、温度变化等作用力计算,以最不利荷载组合进行控制设计。
(2)下部结构按重力式墩台计算,计算荷载按《公路桥涵设计通用规范》的规定,对所有可能承受的荷载进行最不利组合。
以最不利荷载组合控制设计。
基础计算按照《公路桥涵地基与基础设计规范》,结合本桥实际情况按旧桥基础承载力提高系数予以考虑进行验算。
(3)桥面板计算按单向板和悬臂板计算,悬臂跳梁进行截面强度验算、抗剪计算和抗倾覆计算。
双曲拱桥加固方案与施工控制1工程概况1.1某桥该路段的交通流量达14000辆/d,其中重载车辆所占的比重达40%。
为钢筋混凝土双曲拱桥,单孔、净跨20m,5肋4波。
桥面净宽为2×1.5m人行道+7m行车道,矢跨比为1/7,重力式桥台,设计荷载等级为汽车-13级,拖车-60。
曾对该桥进行加宽,老桥部分成为主车道、部分成为非机动车道。
经过多年的运营,该桥已进入大修期。
1.2外观状况及病害分析该桥桥面为水泥混凝土结构,目前有1/4破损严重,导致桥面有积水现象,主拱肋底部保护层基本脱落,钢筋外露,锈蚀严重,拱顶接头处部分钢板侧面已外露;腹拱拱波顶部有贯通裂缝,裂缝最大宽度达2.5mm,腹拱横墙墙身(特别是孔洞周围)、拱墩表面有裂纹,并且在近两年来的观察中发现,裂缝扩展较快;主拱肋横系梁基本完好,无明显病害,桥台基础无冲刷变形。
从外观上判断,该桥主要是由于主要承重构件刚度不足,其承载力有限,从而出现以上病害。
1.3试验检测通过测试桥梁在试验荷载(依据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》第3.2.1条规定,基本荷载试验要求试验效率系数在1.05≥η>0.8范围内)作用下,其主要承力构件主拱肋在控制处的强度与刚度,以及主要裂缝的开展情况,来进一步准确掌握该桥的实际受力状态,及该桥的承载能力。
1.3.1静载试验检测数据静载试验检测的部分数据见表1~3。
表1跨中截面各测点挠度值1.3.2动载试验检测通过对该桥脉动的测试及跑车激振试验,实测竖向基频为2.5Hz,侧向实测基频为0.6Hz,说明该桥的竖向与侧向的振动位移都较大。
1.3.3检测结论(1)挠度平均校验系数为0.92,应力平均校验系数为0.98,校验系数小于1.0,表明结构的整体强度和刚度尚满足规范要求,但最大校验系数达1.02,表明承载能力与当初的设计能力接近,承载潜力已经不大。
(2)跨中截面在试验荷载作用下的最大挠度为0.96mm,小于挠度的最大限值L/800,满足规范相关要求。
双曲拱桥的加固改造技术规程通常是由相关的工程师和专家编制的文件,其目的是为了确保加固改造工作的安全、可靠和符合规范。
具体的技术规程可能因地区、桥梁结构和设计要求而有所不同,以下是一些可能包含在双曲拱桥加固改造技术规程中的常见内容:
1. 结构评估:对原桥梁进行全面的结构评估,包括力学性能、疲劳性能、承载能力等方面的分析和测试。
2. 加固设计:根据结构评估的结果,制定合适的加固方案,包括材料选择、施工方法、荷载计算等等。
3. 施工方法和工艺:明确加固改造的施工方法和步骤,包括临时支撑、加固材料的应用、加固结构的安装等等。
4. 质量控制:制定质量控制措施,确保加固改造过程的质量符合要求,包括材料检测、施工工艺监测等。
5. 安全措施:规定加固改造工作中的安全措施,包括施工期间的交通管理、施工现场的安全管理等。
需要注意的是,具体的双曲拱桥加固改造技术规程可能因地
区和实际情况而有所不同。
如果你需要详细的技术规程,请咨询相关的工程师或专家,他们可以根据具体情况为你提供更准确的信息。
铁路双曲拱桥加固计算
摘要:介绍铁路双曲拱桥加固情况.采用增大截面的方法加固破损严重的拱肋.利用桥梁博士软件对桥梁的应力,裂缝宽度和位移进行了计算分析,满足桥梁结构正常运营的要求。
达到改善使用性能的目标。
关键词:双曲拱桥加固验算圬工结构
作者简介:沈浩,男(1987-)助理工程师,2009年毕业东南大学交通学院,研究方向:桥梁工程。
abstract:the reinforcement condition of railway hyperbolic arch bridge is presented. the seriously damaged arch rib is strengthened by using section enlargement method. the bridge stress, crack width and displacement are calculated with dr bridge software to meet the requirement of normal operation. the objective of improving performance is achieved。
keywords:hyperbolic arch bridge,reinforcement,checking calculation,masonry structure
中图分类号:f530.3 文献标识码:a 文章编号:
1.桥梁概况
某市钢铁集团所辖铁路桥建造于1966年,1968年4月竣工,1970年正式使用。
该桥为钢筋混凝土结构的无铰双曲拱桥,共五孔,每孔净跨25m,桥宽5.36m,桥梁总长150m(见图1和图2)。
据原设
计图:铁路桥设计流量按20年一遇1200m3/s考虑,历史最高水位1954年9.85m,活载按6.5t轴重。
设计矢跨比:拱肋为1/6,拱波为1/3,空腹拱为1/2。
该桥桩基于2003年进行过加固,由原来的桩径1200mm通过外包钢管增大截面法加固为桩径1500mm。
铁路桥主拱圈采用25号混凝土,立柱与腹拱圈均采用20号混凝土,承台、台帽及桩基础采用c25混凝土。
图1 拱桥总体布置图
图2 拱桥横断面布置图(单位:cm)
2病害原因分析
混凝土桥梁的病害表现形式多种多样,从引起病害的原因来分析,可以将其划分为两大类:第一类是由环境作用引起的混凝土结构损伤与破坏;第二类是由荷载作用或设计、施工不当造成的混凝土结构损伤。
通过对桥梁的现场检查,发现上部结构中发现拱肋撞伤,混凝土破损,露筋锈蚀等病害。
其中第三跨主拱圈拱肋因碰撞存在较大程度损伤(见图3和图4),已影响了结构整体运营安全。
这些病害主要是构件随着投入使用年限的增加,材料性质劣化导致在荷载作用下形成了结构损伤,并在环境作用下引起了损伤加剧从而导致了进一步的剥落、锈蚀等现象。
图3 拱肋下缘处混凝土破损、主筋变形与混凝土剥离
图4 拱肋下缘处混凝土破损、主筋变形与混凝土剥离
3原桥承载能力检算
采用桥梁博士建立全桥模型进行计算,全桥共划分为442个单元,其中1#~140#单元为主拱圈、141#~380#单元为腹拱圈、381#~442#单元为拱上立柱及桩基、承台、台座等。
验算部位主要为1#~140#单元为主拱圈。
由于铁路桥从建桥至今已近50余年,混凝土材料受周围环境中的二氧化碳、水等物质的侵蚀以及冻融腐蚀、生物腐蚀等作用,原混凝土材料性能远不及新混凝土的性能,计算时考虑对材料的进行折减,容许应力按照原来的80%进行验算、截面按照原来的95%进行验算。
荷载组合:
主力:恒载(结构及附属设施自重+收缩徐变)+活载(列车荷载)主力+附加力:恒载(结构及附属设施自重+收缩徐变)+活载(列车荷载)+温度荷载
3.1施工过程介绍
按7个施工阶段进行:
第1施工阶段为基础施工,如图3所示。
图3基础施工
第2施工阶段为安装拱肋,如图4所示。
图4安装拱肋
第3施工阶段为安装拱波,如图5所示。
图5安装拱肋
第4施工阶段为浇筑拱背填平混凝土,如图6所示。
图6 浇筑拱背填平混凝土
第5施工阶段为施工拱上立柱,如图7所示。
图7施工拱上立柱
第6施工阶段为施工腹拱,如图8所示。
图8施工腹拱
第7施工阶段为施工桥面人行道、栏杆、轨道等,如图9所示。
图9施工桥面人行道、栏杆、轨道
3.2检算结果
1.应力验算结果见图10~图15:
图10 施工桥面人行道、栏杆、轨道主力作用下各截面正应力图图11 主力作用下各截面剪应力图
图12 主力作用下各截面主应力图
图13 主力+附加力用下各截面正应力图
图14 主力+附加力用下各截面剪应力图
图15 主力+附加力用下各截面主应力图
2.裂缝验算结果见图16-17:
图16 主力用下各截面裂缝宽度图
图17 主力+附加力用下各截面裂缝宽度图
3.挠度验算结果见表1:
表1静活载用下主拱圈竖向挠度(单位:m)
3.3检算结论
1、应力检算结果:除主力+附加力作用下拱脚部位正应力不满足要求外,其余部位的正应力、主应力、剪应力均满足要求。
2、裂缝宽度检算结果:主拱圈的裂缝宽度满足要求。
3、位移检算结果:静活载作用下主拱圈各截面产生的上下竖向挠度绝对值之和最大值为0.01622m<25/800=0.03125m,主拱圈的竖向位移满足要求。
4加固维修方案
通过上面的验算可以得出:在主力+附加力作用下同,拱脚部位正应力不满足要求,因此用增大截面法,对相应部位进行加固。
4.1承重结构加固
1、对拱肋破损比较严重,出现主筋剥离、断裂并缺失等现象,对其用增大截面法进行加固,增大截面采用c30自密实混凝土。
在拱肋两侧各增加12cm厚混凝土、底面增加5cm厚混凝土。
底缘主筋采用7根直径为16mm的hrb335钢筋;
先在搭设施工吊架,然后对拱肋进行局部增大截面法修复,施工顺序如下:
1)在两端空腹段拱上立柱处、拱顶实腹段桥面设置吊点,搭设吊架;
2)凿除拱肋破碎段松散的砼,使拱肋露出坚实新鲜砼,凿除时注意避免二次损伤构件,并应注意不得损坏原有结构钢筋;
3)清理拱肋侧面砼表面浮尘、油污以及松散颗粒等缺陷,并凿
毛、钻孔植筋,保证凹凸差不小于6mm、植筋深度不小于8cm;4)原拱肋底缘主筋断裂或缺失的进行更换与焊接,注意保证钢筋连接效果;
5)安装侧面及模板;
6)浇筑砼及养生。
2、碰撞破损段,采用环氧砂浆修补,其施工步骤如下:
1)对拱肋破碎段松散的砼进行凿除,凿除时注意避免二次损伤构件,并应注意不得损坏原有结构钢筋;
2)拱肋砼基面处理,包括清理浮尘、风化松散颗粒,使拱肋露出坚实新鲜砼;
3)对变形钢筋进行恢复原位;
4)环氧砂浆修补破损部位。
3、对拱肋拱脚纵向开裂处进行灌封处理。
4.2一般承重结构加固
1、对横撑等部位出现破损露筋,凿除表面松散、污损混凝土,使坚实新鲜混凝土露出,外露钢筋表面的氧化层利用钢刷予以清除,使之露出光洁部分,然后用环氧砂浆进行修补;采用环氧砂浆修补;
2、对各拱肋拱脚处预埋件钢板锈蚀部位,外露钢板表面的氧化层利用钢刷予以清除,使之露出光洁部分后,对外露的钢板涂刷保护剂。
5结论
1、通过增大拱肋截面,使拱脚正应力满足要求,保证桥梁的正常运营;
2、加固后主拱圈截面承载能力均满足要求,同时桥梁自重和墩台水平位移增加较小;
3、此加固方法特点是加固效果好,施工进度快,加固费用省。
[参考文献]:
1.《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》
(tb10002.3-2005);
2.《铁路桥涵设计基本规范》(tb10002.1-2005);
3.《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》(tb10002.4-2005);
4.《铁路桥涵地基和基础设计规范》(tb10002.5-2005);
5.《铁路桥涵工程施工安全技术规范》(tb10303-2009)。