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80m桁架拱桥加固设计与施工
肖长礼
河南交通职业学院, 河南 郑州 450008;
【摘要】根据钢筋凝土桁架拱桥的病害情况, 经过对桁架杆件植筋、 增大结构的有效截面等措施, 对某钢筋混凝土桁架拱桥进行综合加固设计、 施工; 实践证明, 该桥的加固达到了预期的目标, 承载能力提高了, 旧的裂缝封闭了, 新的裂缝和挠度都未见发生和发展。
关键词: 钢筋混凝土桁架拱桥 加固设计 施工
工程概况
林州市漳河大桥是长治—胶南公路上一座重要桥梁, 该桥修建于1978年, 桥梁结构为石拱—钢筋混凝土桁架拱—石拱( 3×4.2+1×80+3×4.2) 组合桥, 桥宽为净7+2×0.75米人行道, 设计荷载为: 汽车—15、 挂车—80;
1 结构及缺陷
1.1 80m桁架拱桥结构如下图所示:

图1桥型立面图( 长度单位: 厘米, 其余米)

图2 桥型平面图( 单位: 厘米)
1.2 主要缺陷
由上图1可知该桥主桥部分属于斜压杆式桁架拱桥, 它除具有桁架拱桥的一般缺点: 模板较复杂, 构件纤细, 故浇筑和运输桁架拱片须仔细小心; 作为有推力的超静定结构, 其对软土地基的适应能力不及静定结构; 对于钢筋混凝土结构的桁架拱桥, 在一些受拉、 受弯部位及刚性节点处, 仍难免出现裂缝。又由于斜压杆式桁架拱桥中所有的斜杆均为压杆, 竖杆均为拉杆。这就明显的暴露了斜压杆式的缺点: 受压杆件较长, 由此带来了一系列的桁架腹杆局部出现裂缝、 节点处易于开裂等缺陷。
1.3 桁架拱桥病害原因分析
结合设计施工图、 检测报告、 加固计算等情况分析, 病害产生的原因有以下几方面:
（1） 设计方面
原设计荷载为汽车—15、 挂车—80, 设计标准偏低; 造成该桥桁架杆件有效截面不够, 配筋较少等一系列病害原因。
（2） 施工方面
桥面部分的空心板, 施工质量不能保证, 造成混凝土质量不佳。
（3） 其它方面
① 由于当时施工条件限制, 造成该桥施工精度不高。
② 由于现今超重车辆的增加, 进一步加剧了构件的病害。
综合原因作用下, 造成该桥承载能力降低, 结构刚度下降, 结构的使用安全性及耐久性得不到保证, 必须进行加固设计、 施工。
2加固方案设计
经过对原桥的调查, 主要存在如下问题:
1） 桥梁荷载标准偏低, 现有桥梁已不能满足重载交通荷载标准要求。特别是在超重车辆作用下, 桥梁承载能力偏低。
2） 原桥主体结构良好, 但桥梁桁架腹杆局部出现裂缝, 两端桥台及石拱未发现明显损坏。
3） 桥面部分空心板损坏严重, 部分已断裂, 检查已损坏的空心板发现, 混凝土质量不佳, 且配筋较少。
根据上述存在的问题, 本着节省投资、 满足交通的原则, 拟对林州市漳河桥进行加固加固提载改造。具体设计方案如下:
拆除原桥桥面铺装及空心板、 人行道和栏杆, 用C40的混凝土对原桁架拱的上、 下弦杆及腹杆进行加固, 桥面板更换成无粘结部分预应力п型梁。使荷载标准由原汽车—15、 挂车—80提高到汽车—20、 挂车—100。桥梁结构体系、 桥宽及桥长保持不变。
2.1基本设计资料
设计荷载
行车道: 汽车—20、 挂车—100
人行道: 3.5kn/m2
桥面宽度: 净-7+2×0.75米人行道;
桥梁全宽: 9米。
2.2桥型布置及结构形式
1) 桥型布置
本桥为旧桥加固提载改造桥梁。桥型布置不变, 桥面净宽7米, 两侧为0.75米的人行道, 桥梁全宽9米, 桥梁全长131.20米, 桥面设两道伸缩缝, 桥面铺装采用C40的防水混凝土和沥青混凝土。
2) 桥梁结构
本桥结构形式不变, 为石拱和钢筋混凝图桁架拱组合体系, 两端桥台腹拱为3孔4.2米石拱结构, 中部主拱为1孔80米钢筋混凝土桁架拱。桥面板采用8.7×1.185米无粘结部分预应力п型梁, 梁与梁之间为企口缝铰接, 桥面伸缩缝采用GQF—C60型毛勒伸缩缝。桥台为重力式桥台, 基础为扩大基础。
2.3桥梁设计的要点
2.3.1老桥原设计荷载为汽车—15、 挂车—80, 而且已使用多年, 中部主跨钢筋混凝土桁架拱肋部分腹杆已出现裂缝, 应多次电算及手算校核, 原桥的桁架拱肋不能达到汽车—20、 挂车—100的荷载标准。根据计算结果, 采用加大原桁架拱肋杆件的方法进行加固。具体措施为:
（1） 下弦杆采用上侧C40混凝土加厚的措施, 加厚厚度依受力计算, 从拱脚40cm渐变到拱顶12cm, 加厚部分布14根Φ25 HRB335钢筋。见下图3所示:

图3 下弦杆加固设计图( 单位: cm)
（2） 腹杆两侧采用C40混凝土各加宽12.5cm, 每侧布4根Φ25 HRB335钢筋。见下图4所示:

图4 腹杆加固设计图( 单位: cm)
（3） 空腹段上弦杆两侧采用C40混凝土各加宽12.5cm, 每侧布8根Φ25 及Φ16 HRB335钢筋。实腹段两侧用C40混凝土各加宽17.5cm, 并按受力状况配加固钢筋。见下图5所示:
图5 上弦杆加固设计图( 单位: cm)
2.3.2下部结构为建在岩石地基上的浆砌块石桥台及基础, 经现场检测及理论验算, 下部结构能满足提载后的要求, 不再进行加固处理。
2.4桁架拱桥行车道板п型梁设计
重新更换桥面板, 为减少恒载, 采用从跨中向两端变截面的无粘结部分预应力混凝土п型梁。п型梁采用C40混凝土, 每片梁配6根钢绞线。钢绞线采用专用BUPC无粘结预应力高强度低松弛钢绞线, 标准强度1860Mpa, 控制应力σcon=0.75fpk =1395MPa, 预应力张拉形式为后张法, 采用一端张拉, 张拉时采用双控。见下图6所示:

图6 п型梁设计图( 单位: cm)
2.5桁架拱桥加固有限元分析

3 桁架拱桥加固施工
3.1下弦杆加固施工
( 1) 先将下弦杆顶部凿毛、 洒水, 以利新老混凝土的良好粘结;
( 2) 安放钢筋;
( 3) 浇筑混凝土, 混凝土浇筑必须自拱脚开始, 从两端对称向中间进行。
3.2 加固实腹段
( 1) 先将实腹段顶部凿毛、 洒水, 以利新老混凝土的良好粘结;
( 2) 安放钢筋;
( 3) 浇筑混凝土, 混凝土浇筑必须自拱脚开始, 从两端对称向中间进行。
3.3 加固横系梁
( 1) 先将横系梁两侧凿毛、 洒水, 以利新老混凝土的良好粘结;
( 2) 钻孔, 穿钢筋;
( 3) 支模浇筑混凝土;
( 4) 加固横系梁应对称从两端横系梁向中间横系梁进行。
3.4 加固腹杆( 贴钢板进行加固)
( 1) 将原腹杆两侧混凝土表面清凿平顺, 使其坚硬干净;
( 2) 对腹杆裂缝用环氧树脂砂浆液处理;
( 3) 对腹杆按设计位置钻孔并安装膨胀螺栓, 埋设必须牢固, 具有可靠的抗拔力;
( 4) 按膨胀螺栓孔位尺寸, 精确在待粘贴的钢板上钻孔, 钢板要求平整无锈;
( 5) 在腹杆表面和钢板表面粘贴面同时涂抹均匀环氧水泥浆, 然后及时粘贴在腹杆, 拧紧膨胀螺栓, 此时, 钢板四周如有胶水挤出, 证明钢板与腹杆粘贴密实, 否则应压浆补灌, 确保有效粘贴面在90%以上;
( 6) 钢板与腹杆粘贴强度达到80%以后, 在钢板表面涂抹一层环氧水泥胶作防护层, 待其干硬后再涂抹一遍水泥净浆, 使之与腹杆颜色一致;
( 7) 腹杆加固必须从两端腹杆向中间对称进行加固。
3.5加固上弦杆:
( 1) 将原上弦杆表面凿毛、 洒水处理, 以利新老混凝土的良好粘结;
( 2) 安放钢筋;
( 3) 支模浇筑侧面混凝土, 必须从两侧向中间进行;
( 4) 支模浇筑上部混凝土, 必须从两侧向中间进行;
上述上弦杆、 腹杆、 下弦杆的加固施工中应注意以下几点:
( 1) 新老混凝土的结合处应凿除原混凝土保护层、 洗净后将新老混凝土的箍筋进行焊接, 再浇筑新混凝土。
( 2) 需要钻孔插入老混凝土的钢筋, 应严格按设计的埋入深度施工, 插入钢筋后周围空隙用环氧砂浆塞紧。
( 3) 新浇筑混凝土截面较小, 应特别注意养护, 以防干裂。
3.6预制п型梁
( 1) 预制п型梁时应采用相应技术措施, 保证梁体尺寸的准确性;
( 2) 梁内预应力筋必须严格按设计图纸布置, 必须在п型梁混凝土强度达到设计强度的90%后才能进行张拉。预应力筋应采用超张拉, 张拉程序为: 0→10%σcon→105%σcon──持续5min→σcon , 张拉时的理论伸长量为6.67mm, 张拉时必须采用双控;
( 3) 安装锚垫板时, 必须使锚垫板面与钢绞线相垂直;
( 4) 张拉时必须严格按设计图纸中的顺序进行;
( 5) п型梁混凝土的浇筑施工必须一次完成。锚固预应力的锚具必须是Ⅰ类锚具;
( 6) 张拉完后用C40混凝土进行封锚。
3.7安装п型梁
( 1) 安装时从中间向两端对称进行;
( 2) 铰缝内混凝土填塞必须密实, 并把两梁间的钢筋进行连接, 以利п型梁的横向连接。
4 结束语
旧桥加固设计的关键是: 应先查明病害原因, 选择合理的加固方案, 采取可靠构造措施以保证加固效果。应该说, 上述方案和措施为类似桥梁病害处理提供了一个可借鉴的实例。
参考文献