加固双曲拱桥提高荷载等级及整体稳定性的探讨

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我国的桥梁，双曲拱桥占很大比重，特别在上世纪60―70年代，是双曲拱桥问世以来修建最多的时期。因为它具有体积小，用钢量低，能适应较大跨径，方便施工，造价低等优点，在铁路、水利、公路等方面得到了广泛应用。随着时展，交通量和车辆轴重在不断增加，双曲拱桥这种桥型经过二十多年的使用后，在原设计时无铰拱，大都演变成双铰拱或三铰拱。有些拱圈产生纵向裂缝，有些拱顶下沉，更有甚者，有些已成为险桥。产生这种问题的原因，除少数是施工质量问题外，主要还是结构本身的问题，如拱圈截面单薄，刚度小，横向联系差等。

近年来，随着农村公路建设的全面展开，大部分的县乡公路都以实现水泥混凝土或沥青混凝土路面，然而这些农村公路上的桥梁大部分为上世纪六七十年代建造的桥梁，尤以双曲拱桥的数量居多，在目前农村公路建设投资有限的实际情况下，如何利用现有桥梁通过维修改造，实现延长桥梁使用寿命是摆在我们面前的重要课题。关于双曲拱桥的加固提荷的实践工作受到很多部门的关注。有关部门也提出并采取了不少补救措施。在实践中应用弧型框体结构对双曲拱桥主拱圈采取进行加固，即保留原主拱圈，上设排架结构并采用连续板式桥面，以这样的拱上建筑代替原桥立墙、腹拱及拱上填料和沥清桥面的拱上建筑，因此，大幅度减轻了拱上恒载，在不影响下部构造情况下使原双曲拱桥汽一13级，净6＋2×0.3米标准提高到汽一15级净7＋2×0.25米标准，现将典型双曲拱桥提级加固过程介绍如下：

一、典型双曲拱桥结构状态

一般结构形式为：下部是双柱式铪钻孔桩墩台，桥台后设挡土墙；上部为等截面圆弧双曲无铰拱。设计荷载为汽一13级，桥面净宽为净6＋2×0.3米。拱上建筑为空腹式，填料厚度为0.5米。主拱圈几何尺寸准确，强度符合设计强度，一般拱波有顺桥向可见裂缝，侧墙部分向外位移几厘米不等，腹拱有断裂并向外位移，一般不出现拱顶下沉。

二、双曲拱桥结构内力分析

双曲拱结构采用圆弧拱轴，经计算在跨径和矢跨比相同的情况下，以悬链线拱轴计算，与圆弧拱在拱顶、1/4点、拱脚等偏差很小。故采用悬链线无铰拱计算方法，对原结构进行受力分析，采用原设计荷载汽一13级和现行荷载汽一15级，其控制设计组合内力和应力情况见表1。

同理，在改变拱上建筑后，也采用悬链线无铰拱计算方法对改建结构进行了计算。

三、采用弧型框体加固拱圈，拱上建筑为排架结构加连续板式桥面受力分析

上述结构即为拆除原拱上建筑，在原主拱圈横截面拱背波谷处，加一条顺桥向弧形肋，使之与横桥向排架底座形成框体。这样即改变了原拱圈的刚度和受力状态，又加强了横桥向刚度，加强了拱肋之间力的横向传递，同时也使较窄拱桥拱圈全部参加工作的假设更为合理。

用汽一15级控制设计组合对此结构进行分析计算，分三种情况：（1）对原主拱圈不加固，只改变拱上建筑。（2）加固截面不增加配筋。（3）加固截面，增加配筋。计算结果见表2。

四、结束语

通过以上计算结果，这种对双曲拱桥加弧形框体形式加固拱圈，大量挖空拱上建筑方法，是提高双曲拱桥纵向、横向刚度，改善双曲拱桥受力状态，在基本不影响下部结构的情况下，增加桥梁承载能力的行之有效的措施。

由于采用悬链线拱轴进行圆弧拱的受力分析本身就是一种近似计算，存在一些偏差。同时对横向分布只做定性分析，没有做定量分析，加上只对典型双曲拱进行了计算分析，没有对特殊矢跨比桥跨结构进行分析，难免有不足之处，只是为加固改造双曲拱桥提供一些可行思路，这也是适应目前桥梁加固改造的一个方法。

（作者单位：陈海涛，齐齐哈尔市公路管理处；赵继鹏，黑龙江省交通厅；孙玉梅，齐北公路管理处富路收费站）