双曲拱桥病害分析及加固技术研究

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原因存在较多蜂窝、 麻面。 ３ ．双曲拱在修建过程中， ．２ ２ 由于工种多、 工序 多、 加之现场施工 ， 每位施工员往往要承担多方 面 的工作 ， 如钢筋工 ， 起重工、 混凝土工等 ， 稍有疏 忽 ， 会 出错 ， 终 导致 结构缺 陷 。 就 最 ３ ３经调查 ， ． ２ 该桥拱肋是预制 吊 装的 ， 由于在 ５ 论 结 运输、 吊及安装过程中操作失误， 起 导致拱拱肋混 凝 土 出现 多 出缺损 ， 筋外 露。 钢 本工 程采用 的方法 有 以下优 点 ： 整治 。 ５１ 固效果 好。不仅增 加 了旧双 曲拱桥 的 抗 ．加 ３． ．４由于施 工方 法不对 ， 工 质量 控制 不严 ， ２ 施 ２主要 病 害状 况 在 混 凝土 养 生方 面 认 识不足 ，从 而 使结构 产生 裂 力强 度 ， 高 了设 计荷 载 等级 ， 大 地提 高 了 整 提 还极 经 过 现场 实桥 调查 检测 ， 桥病 害 主要表 现 缝 。 该 体稳定性 ， 增强了结构刚度。从根本 Ｅ 解决了双曲 在 以下 ｒ 方 面 ： ｌ 爪 ｌ ３ ＿ ３其它 方 面＿ 因 原 拱桥的先天性不足 （ 整体性差、设计荷载标准偏 ２１ ．拱肋。 主拱拱肋横向共有裂缝 ２ 条。 ｌ 主要 方面， 在过去的几十年里， 随着该路段交通 俯 。 ５ ． ２可节省大量资金 ，不到新建桥梁造价 的 分布在拱殿 跨中两边各约 ０～１ ０米范围，最长 量的不断增长和重车荷载的不断增多 ，原先桥梁 的裂 缝 长有 １ ５ 最宽 的裂 缝 有 ０ ６ （ 一 ． ｍ， ４ ． ｍｍ Ｌ ３裂 设计荷载等级显然不能适应交通运输 日益发展的 ２ 同 时 避免了拆除重建带来的一泵列社会问题 。 缝 ）裂 缝 深 度最 大 为 １ １ ９ ｍ（－ 裂 缝 ）其 中 需要 ， ， ５． ｒ Ｌ ３ ４ａ ， ５ ． ３施工方便 ， 加固时间短。加固拱桥只需加 造成该桥不堪重负 ； 另一方面 ， 由于混凝土 以上游侧第一片拱肋最为严重 ，裂缝位置分布展 碳化深度达到 ｌｍｍ、钢筋锈蚀等材料本身的劣 强上部结构， Ｏ 下部构造—般无需加固， 避免了水下 示 如 图 ２ 。 工程。加固时间短、 施工也比较方便。 化， 导致桥梁承载能力下降。 ２ ． ２拱波。 四片拱波顶部都由顺桥 向有贯通裂 ４维修加固方案 该桥于 ２ ０ ０ ８年 ８月份已成功改造 ， 经过一年 缝， 其中上游侧第 ３片拱波最为严重 ， 裂缝最宽达 根据现状调查结果及病害成因分析 ，制定了 多来的运营， 状态良好。 到 ０ ２ ｍ。 ．ｒ ５ａ 参考 文献 如下 的加 固整治方案 ： ２ ３混凝土蜂窝麻面、 缺损、 露筋 ： 主拱拱肋混 ４１ 对拱肋露筋和混凝土缺陷 ， 先对钢筋进行 【 碧海， １ 谬 陈旭勇， 曾文等． 洋布桥加 固改造埘公路 凝 土 出现多 出缺 损 ， 外露 ， 严重 锈蚀 。 钢筋 并 应 ， ｏ ￣． ２ ６ 除锈、 阻锈处理 ， 再用环氧砂浆修补缺损 ， 以防止 交通科 技 （ 用技 术版 ） ｏ ６ ） １ 双 ２ ． ４混凝土碳化严重， 采用酒精酚酞溶液和碳 钢筋进一步腐蚀， 及混凝土缺陷处产生应力集 中。 『 夏伟 ． 曲拱 桥 病 害类 型及 加 固方 法研 究 合 ２ 化深度尺测定混凝土碳化深度 ，测定平均碳化深 对蜂窝麻面用环氧砂浆修补 。 ， 犯舍 犯 工业大 学２ ０ ． ０６ 度 为 １ ｍ 左右 。 ０ｍ ４ ． ２裂缝 的修 补 ， 采用 “ 可 法 ” 可 必 进行 裂 缝 处 『１ ３王国鼎 ， 袁海庆， 陈开利． 桥梁检测与加 固 北 ２ ５桥梁整体性减弱 ， 车辆在行驶过程中桥梁 理， 其中裂缝的宽度＜０１ｒ ．ａ ５ ｍ采用环氧砂浆进行 京 ： 民 交通 出版 社 ，０ ３ 人 ２０． 的摆幅 加大 。 封 闭处理 ， 裂缝 宽 度 ￣０１ｍｍ采用 化 学灌 浆 进行 『杨 文 渊 ， 彝 ． 梁 维修 与 加 固［ ｌ 京 ： 民 交 ＞ ． ５ ４ １ 徐 桥 ｈ北 Ｉ 人 通 出 版 社 ．９ ７ １９ ． ３ 害成 因分 析 病 封闭 ， 以恢复 结构 原 有有 效 截 面面积 。 首 先 ，双 曲拱 桥 的 主 拱圈 截 面 是个 组 合 截 ４３主拱 ， ． 根据 结 构 验 算及 病 害 分 析 ， 该桥 的 圈《 路钢 筋混 凝 土及 预应 力混 凝 土桥 涵设 计 规 公 Ｊ Ｔ ６－ ０４ 面， 且大多数双 曲拱的横向联系薄弱， 整体性差 ， 拱脚 及拱 顶 承载 能力 严 重不 足 ，所 以加 固措施 重 范） ＧＤ ２ ２０ ． 容易开裂。其次 ， 双曲拱桥各部件的混凝土龄期相 点放在在加固拱脚及拱顶两控制截面。从主拱圈 责 任 编 辑 ： 光 旭 李
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拱波、 拱板时所产生的应力 ， 由于拱肋先其应力积 累太大 ，故较小截面尺寸及很少的配筋使得该桥 在活载作用下正截面承载能力不足，从而导致拱 顶部位在拉应力的作用下开裂。 ３ ２拱肋横向联系偏薄弱，由于横向联系薄 ． １ 弱， 将会使拱桥横向稳定性降低， 使得主拱圈的整 体性和刚度降低 ， 在车ｌ荷载 怍 两 用下， 各片拱肋拱 肋的变形在横桥方 向很不均匀 ，从而导致拱波开 裂。
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的使用寿命。为此国内在该类桥梁加固改造方面 作 了大量的研究和实践，积累了很多宝贵经验 ． 桥梁的加固方法可以简单归纳为以下几种增 大截 面 、 喷 混 凝土 、 贴 钢板 、 贴 碳纤 维 、 整拱 轴 锚 粘 粘 调 线与压力线等加固方法。每种方法各有其优缺点 及适用范围， 本文对综合采用增大截面、 粘贴碳纤 简单的介绍． ｌ 程 概 况 工 重庆某桥修建于 ２ ０世纪 ７ ０年代， 主跨为净 跨径 ５ ｍ， ５ 净矢高 ９ ｍ的变截面钢筋混凝土双曲拱 桥 ，主拱 由 ５片拱肋组成 ，引桥为两跨净跨径 １ｍ ８ ，净矢高 ４ ｍ的实腹 式石拱桥 ， 圈厚度 ． ５ 拱 ０ ｍ。 面净 宽 ７ ２× ． ． 桥 ７ ｍ＋ ０ ｍ护 栏 。 台为 石砌重 ５ 桥 力 式基 础 ， 桥 的立 面如 图 １ 示 。 该 所 该桥 处 于临 近 城镇 附 近 ， 通量 及 人 交 流量 均 较大。 近年来由于该桥主要通行重车为主， 因此确 保该桥的结构安全非常重要 ．桥梁在荷载的作用 下 出现 多处病 害 ，０ ８ 对 该桥进 行 了检 测 ， ２０ 年 该桥 承载能力严重不足 ， 被评定为四类桥梁 ， 急需加 固
工程科技 Ｉ ｌ ｌ
焦 生 军
科
双 曲拱桥病 害 分 析及 加 固技 术研 究
（ 庆 交 通 大 学 ， 庆 ４０ ７ ） 重 重 ０ ０ ４
摘 要： 系统调查与分析钢 筋混凝土双曲拱桥病 害的基 础上， 出了采用裂缝修补、 在 提 增大截面、 贴碳 纤维布 的综合加 固方法 ， 粘 对从事 旧桥加 固的 工 程 技 术 人 员有 一 定 的 借 鉴 作 用。 关键 词 ： 曲 拱 加 固 ； 缝 修 补 ； 大截 面； 贴碳 纤 维 布 双 裂 增 粘 双曲拱桥具有结构新颖、 轻巧 、 省材、 便于施 差很大 ， 容易引起由于收缩、 徐变及温度等原因形 工等优 ， 曾在全国范围内广泛推广 ， 是我国 ２ 成 的裂缝 。此外 ， ０ 双曲拱的用钢量少， 在结构产生 世纪 ６ ～ ０ ０ ７ 年代建 设最多的一种拱桥形式，为我 裂缝后 ， 有效截面面积将减少， 使得裂缝进一步发 国公路桥粱事业的发展作出了重大的贡献。 然而， 展 ， 结构工作状况持续恶化。 图 １ 桥 立 面 图 该 限于当时设计水平 和荷载等级标准较低，加之结 ３１设计原因 ． ： ． ． ． ． ． ． 构 的钢材用量较少 ，双曲拱桥存在先天的不足之 ３１ 拱肋截面过小， ．１ ． 强度不足。 由于历史的原 处 ，特别是在长期 的重载、大交通量的运营情况 因， 以往双曲拱桥的设计过分强调节省材料， 主拱 下， 使得双曲拱桥在运营—段时间后， 出现了不同 圈截面采用了过小的截面尺寸、配筋与混凝土标 程度的病害。这些病害的产生影响了桥梁的承载 号。据 了解 ， 该桥采用的是无支架施工， 施工过程 图 ２上 游侧 第一 片拱 肋 裂缝 展 开 图 能力 ， 而且大多还在继续发展、 严重的影响了结构 中， 拱肋除需要承担 自身重量外 ， 还需要承受架设
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３ 施 工原 因 ． ２ ３ ．拱 肋混 凝 土 由于施 工振捣 和材 料离 析 等 ．１ ２
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费用较高 。 且质量不易 控制。特别是该桥桥址处水深流急， 水面较宽， 桥 塌Ｉ 。 辅 因而采用 从 拱背 Ｅ 加固主 圈的方 ， 拱 案 沿 拱背铺设一层钢筋网 ，现浇 ２ ｅ 厚 的 Ｃ ０ ０ｒ ａ ５ 混凝 土。同时为了消除新老混凝土收缩差的影响。 增加 连接性能 ， 通过在对原主拱圈增设锚杆 ， 以达 到共 同协议变形作用。由于腹拱结构设计不合理 ， 导致 两腹拱交接部位受力不合理， 现采用现浇 ２ ｅ 厚 ０ｒ ａ 的钢筋混凝±对该部位进行补强。拱顶 １ｍ区段 ８ 拱肋通过 ２层粘贴碳纤维布以提高其拱肋底部抗 拉承载能力，同时拱波沿桥总向粘贴一层碳纤维 布进行补强。 ４ ４更换桥面， 加强桥面铺装。由于桥面破损 严重 ， 全部予以更新 ， 采用 Ｃ ０ ４ 防水混凝土（ 最小 厚度 ３ ０ｃ 岫加强， 并保证不 纵缝 ， 以提高桥梁的 使用寿命并有利于加强主拱圈横向联系 ，提高桥 梁的承载能力。