论析双曲拱桥加固法的有效性

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摘要：双曲拱桥是我国始创的一种桥型，根据其结构特点、病害对双曲拱桥加固方法进行了系统的论述。粘贴加固法能增加桥梁的整体性，是适用于双曲拱桥的一种有效的加固方法。

关键词：双曲拱桥病害加固锚喷混凝土

一、桥梁加固改造设计的原则

旧桥加固设计仍然以现行的桥梁理论为基础，采用桥梁《规范》为标准进行设计。旧桥加固改造方案的确定，首先要根据桥梁的现有技术状况，存在的病害，车辆通行的需要，以及将来交通发展的趋势，对加固改造的必要性和可能性作出分析判断。然后对各种加固改造方法的技术经济效益进行比较，选择合理的加固方案。设计时特别要注意以下几点：

1.1加固后的桥梁，在使用荷载作用下，原有的结构和新增加的结构各部分的强度、刚度和裂缝，均应符合现行设计规范的要求。

1.2当仅要求提高活载能力时，加固改造工作可以在原结构保持恒载应力状态下进行。此时，原有结构的全部恒载和加固改造后所增加的恒载，均由原结构承担，活载由原结构和新增加的构件或加大后的截面共同承担。

1.3如果通过检测和计算，原结构的工作应力已接近或已超过允许值，需要减小原桥的恒载应力，应采取一定的卸载措施。

1.4采用增大截面法进行旧桥加固改造时，由于新旧结构的材料性质或混凝土之间收缩率的不同，引起结构内力的重分布，在新旧材料或新旧结合面处将出现较大的拉应力，极易出现裂缝而影响结构的整体性。因此，必要时应该进行收缩应力的计算；在新旧材料或者新旧结构之间的结合面处采用增加纤维和采用性能相近的材料进行补强。

二、桥梁加固改造的基本途径

桥梁加固一般是指：通过对构件的补强和结构的性能改善，以恢复或提高现有桥梁的承载力，延长使用寿命，适应现代交通运输的要求。目前，国内外对桥梁进行加固改造的技术途径主要有以下五种：

2.1加强薄弱构件在桥梁上，对于有严重缺陷的部位，或者因要通行重型车辆而不能满足承载要求的部位，如：梁桥的跨中部位、支座部位、承受负弯矩的部位；拱桥的拱顶、拱脚、1/4拱跨部位；以及其也变截面处等．采取加强措施，进行铺强。在桥梁结构中，特别要注意的是：桥梁的薄弱处一般在受拉区范围内，受压区的情况则比较少。所以，对于薄弱处补强方法，往往采用喷射混凝土、粘贴钢板、玻璃钢，增大主梁或主拱圈截面的方法，增加其强度，以及采用高等强度混凝土或环氧混凝土砂浆封填裂缝，增设预应力钢筋或粘贴附加构件对缺陷进行处理。

2.2增加辅助构件在桥梁承载力不足或因为某种原因致使桥梁遭受破损时，可以在原有的结构上增加新的受力构件，如：梁桥中增设主梁、横隔梁；简支梁之间加设辅助构件，使其成为连续梁的工作状态；梁下部采用八字支撑方式，增加跨孔改变受力状态；拱桥中采用梁式结构替代回填料等。

2.3改变结构体系根据桥梁的实际状况，采用梁式结构改为拱式结构；拱式结构改为梁式结构；简支梁改为连续梁；单跨结构改为多跨结构；增加支点；铰接支撑改为刚性连接等，通过这些手段达到改善结构薄弱处的受力状态，提高整体桥梁的承载能力。

2.4减轻恒载减轻桥梁上部结构的恒载，改善原桥梁的受力状态，提高桥梁的承载能力，特别是在桥梁基础承载力受到限制，不能满足加固上部结构和提高活载承载力时，通过减轻桥梁恒载的办法来提高承受活载的能力，乃一种经济有效的措施。

2.5加固桥墩、台及基础在桥梁结构中，有相当的一些缺陷是由桥梁墩、台和基础的病害引起的，因此，需要从其着手进行加固处理。通常采用的办法是：用钢筋混凝土套箍并施加外部预应力加固墩身。对于基础加固措施，常采用加校法和扩大基础法进行处理。

三、双曲拱桥上部结构主要病害

双曲拱桥上部结构的病害较多，主要有：拱波纵向开裂；拱肋升裂；横系梁(横隔板)开裂或脱落；拱顶下沉；侧墙鼓胀外倾等。

3.1拱波纵向开裂拱波的纵向开裂是双曲拱桥最常见的病害。发生在施工及运营阶段。由于建设时钢材十分紧张，拱波配筋很少，脱模起吊时稍有不慎都会造成拱波开裂，在荷载作用下，其裂缝将进一步地扩张。再加之双曲拱桥的横向联系刚度太小，活荷载横向分布较差，拱肋受力不均匀，造成各拱肋变形存在较大差异，改变了拱波的受力状态，加剧了拱波的裂缝产生。

3.2拱肋开裂拱肋的横向开裂、拱顶下沉一般同时产生，原因主要有3个方面：一是拱肋截面过小，钢筋含量过少，拱肋的承载能力和抗开裂能力不高；二是拱肋受力的不均匀性，导致单肋受力过大；三是基础下沉及倾斜造成的。拱肋的接头也是病害问题较多的部位，容易出现接头钢板锈蚀、混凝土破碎等现象。

3.3拱肋与拱波结合处开裂主拱圈环向缝是产生在拱肋、拱波（拱板）结合面上，平行于拱轴线的裂缝。主拱圈环向缝又可分为法向拉力环向裂缝和剪力环向裂缝两种；法向拉力环向缝出现在拱顶附近正弯矩较大的区段，主拱圈截面下部出现拉应力，拱波的结合面位于受拉区，当结合面的拉应力大于结合面的极限拉应力时，即出现法向拉力环向缝。

3.4横系梁开裂或脱落双曲拱桥的横系梁(横隔板)，一般尺寸都较小，强度和刚度也相应较弱，与横肋联结处的抗剪能力也偏小，当承受较大的外荷载作用时，产生较大的内力和变形，导致横系梁开裂、脱落，无法有效地横向分配荷载，并引起拱肋的受力与变形不均匀，加剧了横系梁的病害产生。横系梁(横隔板)开裂或脱落。

四、双曲拱桥加固方法

4.1增大截面法实腹式拱桥存在实腹段，而拱顶截面承载力不足时，如果采取拆除拱上实腹部分加固主拱圈拱背难度大，费工、费时，工程费用高，又要中断交通，在桥下净空容许、或根据水文资料，桥下泄水面积容许缩小时，可在原拱圈下面喷射钢筋网混凝土或紧贴原拱因下面浇注钢筋混凝土新拱圈。

4.2改变结构体系方法加固不同的结构体系的受力特点不同，利用这一特点，通过改变原桥上部结构的结构体系，改变结构的内力分布，达到改善结构受力、提高承载力的目的。改变结构体系加固是一种主动加固的方法，适合于双曲拱桥的加固。目前，已经采用不少改变结构形式的方法加固双曲拱桥，典型的有将双曲拱桥改变为衍架拱桥（刚架拱桥）、将双曲拱桥改变为箱型拱桥和改变拱上建筑的结构形式几种方法。

4.3粘贴加固方法与技术在荷载作用下，主拱圈产生拉应力，如果超过其承受限度时，将导致主拱圈开裂、破损，丧失承载力，甚至坍塌；除了前述可以通过增大截面法减小主拱圈承受的拉应力，提高原桥承载力的途径外，还可采用环绕砂浆在主拱圈的受拉区段粘贴钢板钢筋，或用环氧脏浆粘贴玻璃纤维布(玻璃钢)、碳纤维布、芳纶纤维布等高强材料，增加主拱圈的强度，提高桥梁的承载力。

五、工程实例

重庆市开县某桥为5孔一13m，矢跨比1/2的石拱桥。桥面净宽7m，是清朝道光年间修建的古为今用的老石拱桥，主拱圈厚宽为60cm，用糯米石灰浆砌筑，石料强度为50号。运营上百年后有三跨主拱圈下缘出现多处纵向贯穿性裂缝，成为危桥。由于重庆市开县白鹤电厂运送发电机等重型设备，荷载重量达到240t左右，需通过该桥，2004年6月28日采用环氧砂浆粘贴钢板进行了加固。加固方法是：在全拱圈范围内，用两层6条宽1m。厚0.6m的钢板采用环氧砂浆分段分层粘贴加固，每段钢板长1.2m，设计采用了少量异形钢板，让每条钢板肋的钢板接缝位置错开，第二层钢板与第一层钢板错开粘贴。粘贴钢板前先用环氧胶浆灌注裂缝，对裂缝进行封闭处理后，再粘贴钢板补强。

六、结论及建议

双曲拱桥由于其自身的特点，产生的病害特征基本一致，在地基承载力许可的条件下，基本可以通过加固提高其承载力。

参考文献：

[1]杨文渊，徐犇.桥梁维修与加固.北京：人民交通出版社，1994年.

[2]湛润水，胡钊芳，帅长斌.公路旧桥加固技术与实例.北京：人民交通出版杜，2002.