大跨变截面悬链线双曲拱桥加固承载能力分析引言双曲拱桥是我国20
关于双曲拱桥加固施工关键技术的探讨

关于双曲拱桥加固施工关键技术的探讨摘要:随着中国科学技术的进步,它直接推动了建筑业的快速发展。
然而,由于设计和施工经验不足以及其他各种原因,许多双曲拱桥的承载能力较低,经过一段时间的使用后,出现了不同程度的疾病。
随着交通量和车辆载荷的增加,桥梁存在很大的安全隐患。
目前,现有的桥梁一般位于交通喉部,在施工过程中处于有利位置。
重建将长期影响交通,需要大量资金投入。
仍然可以使用正确的桥梁病害原因分析和有效的加固措施。
因此,提出了现有双曲拱桥结构性能的检测和评价及加固方案,对确保桥梁结构安全,保证交通畅通具有重要意义。
关键词:双曲拱桥;加固施工;关键技术引言双曲线路桥施工技术在我国早期路桥施工方法中占有十分重要的地位。
它是当时最受欢迎的桥梁建筑结构。
该技术的发明极大地促进了中国交通运输业的发展。
但是,大量的实验数据表明,在使用这种技术时存在一些问题,虽然结构新颖、重量轻、节省材料,但整体性能差,加固量小,载荷水平低,施工等原因,桥梁类型在一定时期后有不同程度的病害使用,同时,与运输原因相关的原始双曲拱桥的发展已不能满足目前大流量使用的要求。
由于需要仍然存在少量需要加固和使用的这种桥。
1. 双曲拱桥概述近二十年来,随着改革开放的不断深入,中国的道路建设行业呈现出强劲的局面。
高速公路的服务水平,容量和使用寿命都有了很大提高。
特别是在进入“十二五”规划后,国家进一步加大了对基础设施建设的投入,使全国各地的道路焕然一新。
但是,中国幅员辽阔,地理环境复杂。
它分析整个道路网络。
它在国民经济中的比重非常重要,但其设施和基础设备存在严重缺陷。
今天,这些问题并没有从根本上得到救济。
分析我们目前熟悉的道路。
有成千上万的旧桥梁结构。
由于当时的施工条件和历史原因,这些桥梁设计标准低,施工技术不成熟。
由于多年的使用和缺乏维护,大多数桥梁已成为危险的桥梁。
作为20世纪五六十年代最常见的桥梁结构,双拱桥在国家经济条件下发挥了重要作用和优势。
公路双曲拱桥改造加固研究

技术平台公路双曲拱桥改造加固研究高 耸(中交集团东北区域总部辽宁经营中心,辽宁 大连 116000)摘 要:双曲拱桥是我国道路桥梁的主要类型之一,对其的维护加固对保障公路交通运输具有重要意义。
本文对双曲拱桥的检测问题进行分析,对比介绍了现有的几种主要检测项目和具体检测方法,并提出了几种常用的加固方案。
结合实际工程案例,介绍了双曲拱桥检测和加固过程,验证了加固方案的可行性。
关键词:双曲拱桥;公路;桥梁;加固;承载力0 引言道路桥梁是公路交通运输的重要组成部分之一,其中双曲拱桥是较为常见的道路桥梁类型之一。
由于双曲拱桥在我国投入运行时间较长,分布范围广,对其的检修与加工问题是维护道桥运行的重要内容之一。
通过对双曲拱桥结构特点的分析,本文介绍了适用于该类型桥梁的具体检测方法和加固方案,主要涉及到拱桥检测、试验方法和加固方案,并结合具体实际工程案例,介绍了双曲拱桥的检测和加固 流程。
1 桥梁检测项目桥梁检查是进行桥梁加固前的必要准备工作,检测的目的是发现桥梁上存在的问题和风险隐患。
在明确桥梁问题的前提下,才能根据具体桥梁的实际情况,给出相应的维护和加固方案。
其中,双曲拱桥是我国应用最早且最广泛的道路桥梁类型之一,最早的双曲拱桥已投入使用达数十年,对双曲拱桥的加固维护问题成为公路改造维护的重要环节。
对双曲拱桥的常规检测重点包括五个部分:桥面、桥上建筑、拱圈、桥基与墩台、拱桥材料等。
其中,拱桥材料主要是指对钢筋材料和混凝土的检测,材料的检测方法可以分为有损检测和无损检测两种。
为了降低对拱桥结构的损坏,桥梁检测中多选用无损检测。
其中,混凝土检测中需确定其强度情况,主要通过混凝土的平均强度均质系数评价混凝土强度。
推算公式如下:(1)公式中,K bm 表示待测混凝土的平均强度值;R 表示设计的强度等级;K im 表示平均均质系数。
2 双曲拱桥承载能力评定双曲拱桥承载能力评定主要可采用结构核算法、荷载测试法、现场评估法。
双曲拱桥加固方法研究

双曲拱桥加固方法研究文章对双曲拱桥的常见加固方法进行了总结,结合福建省连江县陀市桥加固改造工程,采用Midas建立有限元分析模型,对加固后的桥梁承载能力进行验算,表明该桥加固方法可行。
标签:双曲拱桥;加固;建模1 引言双曲拱桥是六十年代中期我国首创的一种新桥型,以其施工便捷、造价低、造型美观等优点,出现后即得到了迅速的推广应用。
但由于设计等级低,钢材用量少,横向联结能力及结构整体性能差等不足,在长期大交通量、重荷载运营情况下,大部分双曲拱桥都发生不同程度的结构病害,许多已成为了危桥。
既有双曲拱桥加固是确保交通的重要任务。
本文主要介绍双曲拱桥常用的加固方法,结合陀市桥加固改造工程,提出合理的加固方案。
2 双曲拱桥加固方法2.1 增大截面法该法是加固双曲拱桥最常用的方法,其采用与主拱圈相同的鋼筋混凝土,对拱肋或同时对拱肋及拱板等进行包裹从而增大了原结构的受力截面积及截面配筋率,达到增加构件承载力、截面强度及抗裂性及构件稳定性的目的,这种方法加固的同时也可以对已发生的部分裂缝进行修补。
增大截面可设计为单侧、双侧或三侧加固,以及四周外包形成箱形截面加固,或是在拱背上浇筑等高钢筋混凝土层,可分为仅以增大主拱圈截面为主的加固以及以加配受力钢筋为主的加固,或者是采用两者相结合的加固。
2.2 改变拱上自重及结构体系该法是改善由于自重过大或地基承载能力不足而使主拱圈发生变形的受力状况,来达到加固的目的。
常见有以下几种方法:(1)调整拱上填料。
减小拱顶断面高度,拆除拱上立柱及腹拱圈以外的拱上建筑,采用钢筋混凝土浇筑的整体桥面板,用轻型混凝土填料来增强拱上建筑与桥面板的联系从而增强了拱上建筑的整体刚度。
(2)改拱上建筑为梁式体系。
拆除拱上立柱以外的拱上建筑,增加拱上立柱高度,在拱上立柱之间架设轻型钢筋混凝土空心或Ⅱ形桥面板,变拱上建筑为梁式结构,使拱上建筑横载自重大大减小。
(3)改拱上建筑为桁架体系。
清除所有拱上建筑,变为桁架拱来减少拱上建筑自重,使全部恒载及活载引起的抽压力主要由主拱圈承担。
公路双曲拱桥承载能力分析与加固技术

公路双曲拱桥承载能力分析与加固技术曹伟行【摘要】重点对双曲拱桥进行了承载能力和加固技术的分析与探讨.结论证实,我国在双曲拱桥的承载能力分析和加固技术的探讨还在不断地研究中,对于双曲拱桥承载能力的分析和加固技术的探讨要不断地总结,这样才有利于该桥型的技术改造.本文所描述的各种加固技术现今都已经有成功的经验,因此在实际的工程中要根据实际的情况来进行分析,从而实现双曲拱桥承载能力和加固技术方面更进一步地发展.【期刊名称】《交通世界(建养机械)》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】2页(P102-103)【关键词】双曲拱桥;承载力分析;加固技术【作者】曹伟行【作者单位】中建路桥集团第六工程有限公司,河北邢台 054000【正文语种】中文【中图分类】U4421964年,江苏省无锡市第一座双曲拱桥建立,因为双曲拱桥有着用料少、造价较低、施工方便、结构简单等优点使得它很快地在我国公路桥梁建设中应用发展起来。
但是它还存着一些的缺点,例如结构不完善、设计不完美以及施工质量不是非常好使得一些双曲桥的技术与使用要求不相符,因此出现了很多双曲桥是承载力低从而发生严重开裂的问题。
但是如果要新建一座双曲桥又会花费很多的时间等,并且新建的也同样会面临之前的问题,以下有一个双曲桥新建与加固费用的对比。
所以对双曲桥承载能力进行分析与加固技术的探讨是非常重要的。
为了使双曲拱桥的性能更好被确认,根据对桥跨结构现状的全面调查来进行评估,在必要的时候实施双曲拱桥的荷载试验,这是双曲拱桥科学合理评测的重要方法。
这种方法同时还要注意到对桥跨结构承载能力的验算,再在其基础上进行双曲拱桥综合性能的分析。
1.1 根据外观来进行调查分析[1]外观调查分析是指通过有经验的专业桥梁技术工作人员来先对旧桥进行检查,接着在检查的基础上对其结果进行桥梁质量的评测。
专业桥梁技术人员在检查的时候主要是检查主拱圈现有拱轴线形的测试,接着对其他构件的几何线形检测,然后对结构材料强度的检测,主要是针对主拱、拱肋、拱波和填平层等的相关检测。
双曲拱桥加固及加固后分析方法研究

但 是 对 于 加 固 后 存 在 着 新 旧 复 合 截 面 的 桥 梁 结 构 , 怎 样 求 出 其
本 文 结 合 辽 宁 省 X 桥 加 固 工 程 实 例 ,通 过 一 个 典 型 的 双 曲 拱 在 荷 载 作 用 下 的 真 实 应 力 ? 怎 样 真 实 的 描 述 处 于 不 同 弹 塑 性 阶 段 的 X 桥 的 承 载 力 评 估 及 加 固 , 引 出 加 固 后 双 曲 拱 考 虑 裂 缝 的 分 析 方 法 。 新 、 混 凝 土 在 共 同 受 力 时 的 工 作 状 态 ? 按 照 常 规 的 线 弹 性 方 法 进 旧 由 此 来 进 行 加 同 前 后 承 载 力 对 比 , 解 结 构 的 实 际 工 作 状 态 , 断 行 内 力 分 析 对 加 固 后 桥 梁 的 承 载 能 力 的 评 定 有 何 影 响 ? 等 等 这 些 问 了 判 结 构 的 安 全 能 力 及 营 运 质 量 , 检 验 所 做 的 加 固 措 施 是 否 合 理 及 达 题 目前 常 用 的 方 法 是 简 而 化 之 : 其 视 为 新 建 桥 梁 进 行 计 算 : 构 尺 并 将 结
3. 下 部 结 构 加 固 4
40 0 0余 座 。 然 而 , 着 公 路 桥 梁 负 荷 日趋 加 重 , 上 旧 桥 的 老 化 、 随 加 破 曲 拱 桥 出 现 了 不 同 程 度 的 损 坏 。尤 其 是 通 过 力 差 . 度 低 、 体 性 差 强 整 等 这 些 双 曲 拱 桥 的 通 病 1 突 出 ,极 大 的 影 响 了 桥 梁 的 正 常 使 用 。 3益
1 双提 出 一 种 既 简 便 又 合 理 的 分 析 方 法 , 考 虑 开 裂 的 拱 式 结 构 即 内力 重分 布 的计 算 分 析方 法 。 ( 算及 图示 如下 ) 计
双曲拱桥加大截面加固方法的探讨

双曲拱桥加大截面加固方法的探讨随着国家经济的快速发展,城市交通系统建设项目越来越多,桥梁建设对交通系统的发展至关重要。
然而,由于桥梁的长期使用和自然风化,桥梁病害成为了桥梁安全的大敌,加固方法也越来越受到广泛的关注。
双曲拱桥作为桥梁的一种常见形式,在加固方面也是有其一定的特殊性。
本文将从双曲拱桥的结构特点、加固方法以及实际工程实例等方面进行探讨。
一、结构特点双曲拱桥采用双曲线桥面和拱形结构组成,具有结构简洁、美观大方等优点。
双曲线桥面使得桥面的通行性更佳,同时也增加了桥梁的强度。
拱形结构使得桥梁受力状态更为稳定,具有良好的承载能力,而且对于垂直荷载的抵抗能力也很强,是一种极具有实用价值和美观特点的桥梁形式。
但是,在双曲拱桥的使用过程中,由于环境、荷载等因素的影响,桥梁也会出现病害。
例如,由于车辆的频繁通过,会导致桥面的振动,从而产生裂缝;由于结构的老化,会产生钢筋裸露、混凝土剥落、钢筋锈蚀等问题。
这些问题都会对桥梁的使用造成一定的危害,因此,加固是必不可少的。
二、加固方法在加固双曲拱桥时,一般需要考虑以下几个方面的问题:1.加强桥墩结构双曲拱桥的桥墩是整个桥梁结构中最重要的组成部分,其承载能力和稳定性对桥梁的整体性能影响非常大。
因此,加固桥墩结构是提高双曲拱桥承载能力的主要方法之一。
常用的加固桥墩的方法包括加固柱身、加强地基、钢筋混凝土护套等。
其中,加固柱身可以通过增加柱身梁向带、增加柱身厚度等方法来提高其承载能力;加强地基可以使用钢板桩、大直径桩等在原有桥基周围挖洞加固的方法来提高桥基承载能力;而钢筋混凝土护套则可以提高混凝土的抗压强度和抗裂性能,从而提高桥墩结构的稳定性。
2.加固桥面双曲拱桥的桥面常常会出现裂缝等问题,因此加固桥面也是保障桥梁使用安全的重要环节。
常用的加固桥面的方法包括:大面积涂刷防水材料,增加桥面铺装层厚度等。
另外,在铺设防水材料时,也可以使用钢筋网格、玻璃纤维网、无纺布等增加防水材料的耐久性和稳定性,从而提高桥面的用途寿命。
浅谈双曲拱桥的加固改造技术

拱肋 未发现有超 出规范允许值 的裂缝 ,但部分拱肋局部水 侵蚀严重 , 混凝土表面泛碱 , 局部混凝土剥落 , 钢筋外露锈蚀 。 原因分析 : 混 凝土因长期受到水侵蚀而风化 和剥 落 , 混凝 土 剥落后钢筋失去保护层而锈蚀 。
2 . 2 . 2 主 拱 拱 波
缝较细。②肋 、 波连接处裂缝 。拱波与拱肋连接处局部开裂 , 伴有 渗水泛碱 现象 , 接缝处水泥砂浆 脱落 。 ③拱波 间砌缝裂缝 , 并有渗 水现象。 原 因分析 : ①早期修 建的填平式拱板 , 由于波顶为最 薄弱截 面, 波脚拱板厚度大 , 这种 刚度 的悬殊极易产生纵 向收缩裂缝 , 也 不利于横 向挠度及 内力 的传递 , 给重车偏载造成 的中波纵 向裂缝 提供 了条件 。②拱肋为混凝土 , 拱板 为砖砌 体 , 两种材料 差异过 大 ,增加 了收缩差 和温差应力 。③截 面纤 细的横 向联 系相对肋 、 波、 板 而言 , 只是柔性构件 , 对拱 圈的整体性作用有 限 , 荷 载横 向
1 工 程概 况
该桥建成于 1 9 7 3年 1 0月 1日, 是一座空腹式双 曲拱桥 。 通 车至今 已有 3 0余年 , 随着 交通量 的不断增加 , 现 有汽车荷 载 已 远远超 出原有设计荷载 , 桥梁结构 已出现不 同程度的损坏。该桥 净跨径为 1 0孔 2 0 m, 矢跨 比 1 / 8 , 桥梁全长 2 2 7 m。主拱 圈横向 由 7肋 6波组成 , 拱肋及拱波均为 钢筋 混凝 土结构 , 拱 波呈半圆 形, 按5 0 c m宽度分块 预制安装 , 拱板为 6 0 c m厚砖砌体 。 每道拱 肋间均设有横系梁 。 腹拱横墙为砖砌体砌筑 , 其上腹拱圈净跨径 为2 m, 矢跨 比 1 / 2 , 按5 0 c m分块预制安装 。下部结构桥 台为 U 型桥 台, 桥墩 为钢筋混凝土盖梁配桩基础 。
双曲拱桥维修加固的施工要点及质量措施探讨

双曲拱桥维修加固的施工要点及质量措施探讨摘要:针对双曲拱桥拱顶下沉现象,介绍一种结合地形,并充分利用桥位特殊地形,因地制宜进行维修加固的方法。
关键词:双曲拱桥;裂缝;维修加固;施工工艺双曲拱桥,是我国江苏省无锡县的建桥工人,在继承石拱桥传统的基础上,并吸取了装配式钢筋混凝土结构的优点,经过实践于1964年创造出的一种具有我国民族风格的新颖的圬工拱桥。
由于这种桥梁具有节省材料,比其他拱桥施工简便等优点,所以一经出现,迅速在全国得到了大量的推广应用,为我国公路桥梁建设事业的发展做出了重大贡献。
但是由于当时双曲线拱桥的设计荷载较现在都偏低,加上横向联系也偏弱。
在长期重荷载、大交通量运营情况下,都出现了不同程度的病害,限制了其进一步发展。
对如此众多有病害的桥梁,如全部拆除重建需要大量的资金,而且也是不现实的。
事实上双曲拱桥具有较大的超载能力,它们中的大多数经过维修加固是可以继续运营的。
2012年我区危桥维修加固中有一座双曲拱桥—高岗寺桥。
是70年代建成的坐落在县道x001上,1-38米,全长56米,全宽6.8米。
通过维修加固施工,总结一点心得,与大家共享。
1.双曲拱桥的裂缝处治方法众所周知,裂缝是双曲拱桥的主要病害,裂缝的大量存在不仅降低了结构的刚度、整体性、结构的承载能力等,也严重影响到桥梁结果的耐久性,同时裂缝还是其他病害的诱因,而产生裂缝的主要原因有几点:(1)当时拱上填料主要是粘土和毛石,造成拱上翼墙位移,最大位移6-10公分。
(2)拱肋水泥砼风化脱落,钢筋外露。
(3)拱上腹拱开裂。
(4)由于当时设计荷载较小,等级低,不能满足现代交通需求等。
而对双曲拱桥的裂缝处治方法可根据不同的裂缝种类采取不同的方法,主要为以下几种:1.1填缝填缝修补法的具体操作是:将裂缝清理干净,根据裂缝宽度不同分别用勾缝刀、抹子、刮刀等工具进行操作,所用灰浆通常采用1:2.5或1:3水泥砂浆。
填缝处理后,可在美观、耐久性等方面起到一定的作用,而对结构的整体性、强度等方面起到的作用甚微。
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大跨变截面悬链线双曲拱桥加固承载能力分析
引言
双曲拱桥是我国20世纪60~70年代常用的一种拱桥形式,由于该类拱桥结构整体性差,施工质量变异大,设计荷载标准偏低,随着交通量和车辆载重的增加,桥梁长期处于超载和大交通量条件下运行,至今几乎所有的双曲拱桥都出现不同程度的病害,对该类桥型的加固改造工程屡见不鲜。
由于时间上的差异性及加固前后结构特点的差异性,对于双曲拱桥承载能力评估及分析的标准是工程界经常讨论的话题,归纳为以下两点:
(1)由于计算方法的限制,20世纪60~70年代设计双曲拱桥时,内力计算多采用经典力学方法
手算,即应用结构力学及相关桥梁工程知识把主拱圈看成裸拱进行计算分析,该方法很难解决高次超静定问题,而且存在大量的假设,不考虑拱上联合作用,也很少考虑连拱效应等,使得计算结果与实际结构存在一定的差别。
(2)桥梁设计规范在近50年内经过多次修改,大跨度桥梁应按照现行设计规范进行加固设计,因此必然存在荷载等级的区别,加固前后结构强度刚度分析标准同样也存在区别。
1、工程概况
某大桥位于湖北省境内,如图1所示,该桥为主跨90m的钢筋混凝土变截面悬链线无铰双曲拱桥,全长116.3m,矢跨比1/8,设计拱轴系数为2.814,变厚系数0.13,桥宽布置为净8m+2×1.0m, 全宽l0m。
主拱圈构造为五肋四波悬半波,原设计荷载为汽-20级、挂-100级,人群荷载2.5kN/?。
图1 加固前大桥近景
1.1 主要病害
该桥1979年竣工通车,至今已有30年。
由于原桥设计、施工以及后期超负荷运营等原因,导致目前该桥出现一定程度的病害。
经过检查,主要病害情况如图2~4:
(1)主拱圈拱波顶部普遍发现纵向裂缝,最长约2m,沿裂缝有明显的渗水痕迹;腹拱圈微弯板有多处纵向裂缝,漏水现象严重,多数纵向裂缝已贯通整个腹拱,且裂缝较宽,最大达1mm。
(2)桥面破损严重,局部有坑槽,横坡、纵坡不平顺,行车条件较差;人行道缺损严重;全桥栏杆基本都有破损,混凝土剥落情况严重,多处露筋。
该桥主拱肋为整体现浇,调查表明主拱肋总体情况较好,无明显裂缝,但有局部破损。
由以上调查结果可知该桥的主要病害体现在主拱圈拱波顶部纵向开裂,拱肋间的横向联系薄弱,桥梁的整体工作性能差,腹拱结构破损严重,但作为拱桥承重结构的主拱肋的受力状况基本处于弹性阶段,若能采取局部补强进行加固处理,则主拱圈仍具有相当的承载能力。
1.2 加固措施
根据对桥梁的结构特点及主要病害分析结果,按以下原则提出加固方案:通过维修加固补强,消除桥梁现有病害,提高桥梁承载力和耐久性,使加固后的桥梁满足正常使用要求,荷载等级达到公路-Ⅱ级。
主要加固方法(见图5)如下:
(1)主拱圈实腹段局部加固
由于原桥的主拱圈采用双曲拱形式,结构本身横向刚度不大,实腹段跨中区域拱波已出现纵向裂缝。
通常多采用增加肋间横梁等方法提高结构整体刚度,但此种方法一定程度上破坏了主拱肋结构,本文提出一种主拱圈实腹段局部加固的方法,先拆除侧墙和拱上填料,凿毛拱板,待表面清洗干净后,植入锚筋,再在其上浇注8cm厚C40钢筋混凝土板。
锚筋将钢筋混凝土板与拱板连为整体,从而增大拱板受力面积,使其强度提高,同时也增强了拱圈的横向联系。
(2)更换腹拱圈加固
将原双曲拱式腹拱改成板拱式腹拱,即拆除腹拱,保留拱上横墙并将其加高至设计标高,再在横墙上整体现浇30cm厚钢筋混凝土板拱,这样既达到增强腹拱圈横向联系,改善结构
受力状态的目的,同时也替换了原桥严重破损的腹拱。
(3)更换填料,重新铺设桥面系
拆除原桥面系,包括桥面铺装、人行道和栏杆;拆除侧墙、拱上填料和腹拱拱圈。
待实腹段加固和腹拱加固完成后,铺设防水层,浇筑侧墙,分层铺设轻质填料,安装护栏,重新进行桥面铺装,改善桥面行车性能。
(4)其他构件维修养护
对主拱圈的拱波、横隔板及腹拱墩的裂缝采用灌注环氧树脂的方法封闭处理;对主拱圈、横墙表面破损的处理方法是先将钢筋锈迹清除,并把松动的保护层凿去,洗净。
如损坏面积不大,可用环氧砂浆修补;如损坏面积过大,可喷注高标号水泥砂浆。
图5 全桥局部加固部位
2、承载能力分析讨论
2.1 计算方法对拱桥承载力分析的影响
早期设计的双曲拱桥以经典力学计算方法为主,且引入一定假设,通常按照弹性支承连续梁算法计算出每根拱肋的横向分配系数,之后再进行内力计算,最后进行承载力分析验算,计算过程中不考虑拱上建筑刚度的贡献,造成了设计结构具有偏安全的特点,这也是该类桥型在后期超载能力较强的主要原因,大量理论研究表明,传统的拱桥计算方法,难以准确反映其实际承载能力。
有限元技术的发展使得结构承载力的计算分析快速、简单、准确,只需按照结构实际线形及尺寸并选择合适的单元建立结构空间有限元模型,不需引入假设计算拱肋的横向分布系数,同时还可将拱上建筑及桥面系结构一并建入有限元模型中,这样便可充分验算全桥的承载能力。
对于双曲拱桥,梁格法模型是目前常用的计算模型,在拱肋、拱波及拱板之间结合状态良好的情况下,可以把每个拱肋和相应的拱板看成一个个纵梁,横向刚度通过虚拟横梁模拟,应用梁格法建立双曲拱桥模型,能够达到符合实际结构受力特点的要求[1]。
以上两种计算方法可以用图6对比表示,①表示计算示例桥型;②是采用传统计算方法的简图,实腹段填料采用曲线均布荷载处理,空腹段立柱处施加集中力荷载,只采用裸拱模拟;③是采用有限元方法并考虑拱上建筑的计算图式,只有填料及桥面系结构采用均布荷载
模拟,某些情况下,为评定结构的准确受力状态,还可以将侧墙桥面系等构造一并采用有限元程序模拟。
2.2 加固前后设计荷载等级的影响
综合考虑区域经济发展及交通量需求,加固桥梁可能会涉及到提高荷载等级、拓宽等因素,而且现行设计规范下的荷载等级与旧规范所采用的荷载等级有着一定的差别;早期拱式结构承载力分析方法与新规范制定的承载力分析方法也有着差异。
本文加固桥梁原设计荷载等级为汽车-20级,加固设计荷载等级应该满足公路-Ⅱ级。
利用有限元方法计算出结构主要控制截面在以上两种荷载等级下的内力结果如图7所示,从对比图可以看出,在两种荷载等级下的结构内力基本保持一致,说明旧规范的汽车-20级与新规范的公路-Ⅱ级比较接近,在主拱结构基本没有病害的情况下,将桥梁加固后荷载等级定为公路-Ⅱ级是可取的。
图6 拱桥计算简图
图7 拱桥计算简图
3、承载能力计算分析
3.1 有限元模型建立
由于本桥为变截面悬链线无铰拱桥,根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)的建议,为准确判断该桥的承载能力现状,在计算时考虑拱上建筑与主拱圈的联合作用。
采用桥梁专用有限元分析软件Midas/Civil利用加固后结构实测主拱肋线形建立全桥杆系有限元模型(如图8),全桥共分为6126个节点,9615个单元,全结构采用梁、板单元模拟,腹拱采用板单元模拟,其余均采用梁单元模拟。
边界条件处理为:在主拱肋拱脚处设固定支座,边腹拱靠桥台侧拱脚处设铰支座,主要材料参数见表1。
表2 加固后主拱圈抗力效应
3.2 承载力计算
《桥规》[2]规定,拱圈内力系按分项安全系数的极限状态原则设计,其设计原则是:荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值。
拱圈为偏心受压构件,其正截面抗压强度按下列公式计算:
式中,为荷载效应不利组合设计值;为构件截面面积;为材料抗压标准强度;为材料安全系数,按《桥规》采用;为纵向力的偏心影响系数。
对于单向和双向偏心受压构件,受压偏心距的限值在基本组合情况下应该满足[3]。
式中,表示截面重心轴至偏心方向截面边缘的距离。
按此方法可以判断出所有不利截面的结构抗力与设计内力之间的关系,从而得出全桥的整体承载能力状态。
取主拱圈最边肋拱脚、L/2、L/4截面及最不利L3/8截面为控制截面进行验算,验算荷载等级为公路-Ⅱ级。
桥梁主拱圈抗力效应如表2所示。
计算结果表明:加固后各验算截面的偏心距均小于规范限值0.6,加固后结构各验算截面的计算值均小于抗力值,且安全储备较大。
4、结论
旧规范的汽车-20级与新规范的公路-Ⅱ级两种荷载等级下的结构内力计算结果基本保持一致,说明在主拱结构基本没有病害的情况下,通过局部增大主拱圈截面,更换腹拱圈,减轻结构自重等加固改造措施,可有效消除桥梁的病害,提高桥梁的承载力,经计算表明,桥梁荷载等级达到公路-Ⅱ级要求。