铁路双曲拱桥加固计算

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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

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)。