牛北公路后峪沟刚架拱桥加固
刘东
牛北公路后峪沟刚架拱桥加固
■ 刘 东
（辽宁省公路勘测设计公司，沈阳 110166）
摘 要：通过工程实例介绍刚架拱桥的若干常见病害及其加固措施，包括横隔板加固、拱片弦杆及拱肋实腹段加固、桥面系加固等，以及施工中的一些质量控制办法。加固后的荷载试验表明，本文介绍的加固方案提高了桥梁的整体刚度和承载能力，达到了预期的效果。
关键词：刚架拱桥；荷载试验；加固
一、工程概况及其病害
后峪沟桥是310国道牛背至北道段上的一座混凝土刚架拱桥，全长56.2m，单跨35.0m，桥面宽为净7.0+2×0.5m，设计荷载为汽车-20级、挂车-100，人群3.0kN/m2，于1986年建成，桥梁横截面如图1所示。
桥梁经过多年运营后，经检测加固前主要存在以下病害[1]：
（1）在拱片弦杆和实腹段出现大量裂缝，宽度为0.1～
0.35mm，间距100～350mm，正弯矩区由下向上延伸，负弯矩区则相反，有的裂缝已横向贯通，其方向随裂缝位置向节点靠近由竖向渐变为斜向，且裂缝向拱脚的倾斜度也随其间距的增大而增大。（2）跨中大部分横系梁底中部出现由下向上的竖向裂缝，且上下贯通。 （3）微弯板底面普遍出现纵桥向裂缝，其中跨中附近处破损最严重（甚至有断裂现象），裂缝沿纵桥向发展，开裂处有明显的漏水现象。（4）桥面破损严重，负弯矩区横向裂缝密集，跨中微弯板破损严重处桥面已经塌陷，无法行车。
本桥梁为单跨轻型刚架拱桥，配筋量不大，承载力也有限，加上某些构件施工不符合设计要求，而且实际过往车载远远超出设计荷载，使得单片拱肋长期处于超负荷工作状态，横系梁开裂受损严重，微弯板多处开裂，桥梁整体性减弱，刚度减小，振动加大，更加剧了各杆件控制截面的开裂程度，在现行使用荷载下如不进行加固处理，则横隔板不断受损会使荷载横向分布进一步减弱，主拱片病害加剧，影响桥梁的正常和安全使用。
二、加固处理措施
（1）拆除原桥面及微弯板，采用整体现浇钢筋混凝土板替代；（2）将跨中断裂的横系梁拆除，改为横隔板，其他实腹段和上弦杆横系梁加高并与桥面板连接，以加强桥梁整体性。（3）封闭原拱片裂缝，采用单侧加大拱片截面进行加固，新旧混凝土之间用锚固钢筋连接。加固方案如图2所示（跨中截面）。
三、施工质量控制
（1）植筋拉拔试验：植筋施工前由施工和监理方按正常植筋工序进行各种规格植筋试验，待试件钢筋达到强度后进行拉拔试验，确认其满足设计要求。（2）混凝土抗压强度试验：浇筑时每个砼拌合物取1组试件，养护28天后送检，以评定其抗压强度是否满足要求。（3）探伤检测试验：对焊接部位进行磁粉探伤抽检，以检测焊缝是否饱满。
四、加固效果
（一）加固后的检测情况。加固后为了检测加固效果，对该桥进行了检测和鉴定，荷载试验内容包括：（1）主要受力杆件控制截面的挠度；（2）主要受力杆件控制截面的应力和应变；（3）主要受力杆件的裂缝情况及其宽度值。
试验按《公路旧桥承载能力鉴定方法》[2]的要求进行，荷载等级分为2级，采用汽车加载，选用4辆400kN左右的BENZ-2926型自卸车。加载程序为：先由零载加至第一级荷载，卸至零载，然后由零载加至第二级荷载，卸至零载。经计算得最不利工况试验荷载效率在0.93～1.09之间（见表1），满足要求。
（二）荷载试验结果分析。依据本次桥梁静载试验项目，对结构在加固后最不利荷载工况作用下主要控制测点挠度、应变的理论值、实测值以及有关的参考限值进行对比。计算采用有限元程序进行。加固后跨中实测挠度与计算挠度的比较结果见表2。
从表2看到，在不同工况荷载作用下，加固后跨中截面的实测挠度均小于计算挠度，校验系数在0.43～0.49之间。
同时为了检测加固后桥梁各控制截面处的应变，对各级荷载作用下各控制截面下缘混凝土应变的实测值和理论计算值进行比较，比较结果见表3。
从表3可看到，在各级荷载作用下各控制截面拱肋实测应变值均小于理论计算值，校验系数在0.33～0.81之间变化。在各级试验荷载作用下，桥梁各构件未产生新的裂缝。
该桥梁加固后实测挠度均小于计算挠度，实测应变小于计算应变，挠度校验系数和应变校验系数均满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的要求，加载过程中和卸载后未发现裂缝产生，说明桥梁的整体刚度满足要求，加固后桥梁的承载能力可达汽车-超20级，挂-120标准。实践证明本加固方案是合理可行的，效果显著，施工质量也达到了设计要求。
结语：桥梁加固方案的选取及其经济合理性直接与桥型、桥梁受力特点、选用材料等密切相关，因此加固设计前要根据现场病害情况仔细分析其原因，找出最科学经济的加固方案。在对刚架拱桥这样的复杂受力体系上，扩大受力截面和配筋的加固方案充分显示了它工期短、费用省、概念明确、改造彻底的优点，具有一定借鉴和推广价值。此外，在桥梁加固新材料和加固方法方面，目前国内尚未有统一的技术规范及质量控制标准，因此为了保证桥梁加固施工质量，很有必要制定相应的行业规范及其施工质量的控制方法。
参考文献：
[1] 姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，1999.
[2] 公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）.1998.
牛北公路后峪沟刚架拱桥加固
■ 刘 东
（辽宁省公路勘测设计公司，沈阳 110166）
摘 要：通过工程实例介绍刚架拱桥的若干常见病害及其加固措施，包括横隔板加固、拱片弦杆及拱肋实腹段加固、桥面系加固等，以及施工中的一些质量控制办法。加固后的荷载试验表明，本文介绍的加固方案提高了桥梁的整体刚度和承载能力，达到了预期的效果。
关键词：刚架拱桥；荷载试验；加固
一、工程概况及其病害
后峪沟桥是310国道牛背至北道段上的一座混凝土刚架拱桥，全长56.2m，单跨35.0m，桥面宽为净7.0+2×0.5m，设计荷载为汽车-20级、挂车-100，人群3.0kN/m2，于1986年建成，桥梁横截面如图1所示。
桥梁经过多年运营后，经检测加固前主要存在以下病害[1]：
（1）在拱片弦杆和实腹段出现大量裂缝，宽度为0.1～
0.35mm，间距100～350mm，正弯矩区由下向上延伸，负弯矩区则相反，有的裂缝已横向贯通，其方向随裂缝位置向节点靠近由竖向渐变为斜向，且裂缝向拱脚的倾斜度也随其间距的增大而增大。（2）跨中大部分横系梁底中部出现由下向上的竖向裂缝，且上下贯通。 （3）微弯板底面普遍出现纵桥向裂缝，其中跨中附近处破损最严重（甚至有断裂现象），裂缝沿纵桥向发展，开裂处有明显的漏水现象。（4）桥面破损严重，负弯矩区横向裂缝密集，跨中微弯板破损严重处桥面已经塌陷，无法行车。
本桥梁为单跨轻型刚架拱桥，配筋量不大，承载力也有限，加上某些构件施工不符合设计要求，而且实际过往车载远远超出设计荷载，使得单片拱肋长期处于超负荷工作状态，横系梁开裂受损严重，微弯板多处开裂，桥梁整体性减弱，刚度减小，振动加大，更加剧了各杆件控制截面的开裂程度，在现行使用荷载下如不进行加固处理，则横隔板不断受损会使荷载横向分布进一步减弱，主拱片病害加剧，影响桥梁的正常和安全使用。
二、加固处理措施
（1）拆除原桥面及微弯板，采用整体现浇钢筋混凝土板替代；（2）将跨中断裂的横系梁拆除，改为横隔板，其他实腹段和上弦杆横系梁加高并与桥面板连接，以加强桥梁整体性。（3）封闭原拱片裂缝，采用单侧加大拱片截面进行加固，新旧混凝土之间用锚固钢筋连接。加固方案如图2所示（跨中截面）。
三、施工质量控制
（1）植筋拉拔试验：植筋施工前由施工和监理方按正常植筋工序进行各种规格植筋试验，待试件钢筋达到强度后进行拉拔试验，确认其满足设计要求。（2）混凝土抗压强度试验：浇筑时每个砼拌合物取1组试件，养护28天后送检，以评定其抗压强度是否满足要求。（3）探伤检测试验：对焊接部位进行磁粉探伤抽检，以检测焊缝是否饱满。
四、加固效果
（一）加固后的检测情况。加固后为了检测加固效果，对该桥进行了检测和鉴定，荷载试验内容包括：（1）主要受力杆件控制截面的挠度；（2）主要受力杆件控制截面的应力和应变；（3）主要受力杆件的裂缝情况及其宽度值。
试验按《公路旧桥承载能力鉴定方法》[2]的要求进行，荷载等级分为2级，采用汽车加载，选用4辆400kN左右的BENZ-2926型自卸车。加载程序为：先由零载加至第一级荷载，卸至零载，然后由零载加至第二级荷载，卸至零载。经计算得最不利工况试验荷载效率在0.93～1.09之间（见表1），满足要求。
（二）荷载试验结果分析。依据本次桥梁静载试验项目，对结构在加固后最不利荷载工况作用下主要控制测点挠度、应变的理论值、实测值以及有关的参考限值进行对比。计算采用有限元程序进行。加固后跨中实测挠度与计算挠度的比较结果见表2。
从表2看到，在不同工况荷载作用下，加固后跨中截面的实测挠度均小于计算挠度，校验系数在0.43～0.49之间。
同时为了检测加固后桥梁各控制截面处的应变，对各级荷载作用下各控制截面下缘混凝土应变的实测值和理论计算值进行比较，比较结果见表3。
从表3可看到，在各级荷载作用下各控制截面拱肋实测应变值均小于理论计算值，校验系数在0.33～0.81之间变化。在各级试验荷载作用下，桥梁各构件未产生新的裂缝。
该桥梁加固后实测挠度均小于计算挠度，实测应变小于计算应变，挠度校验系数和应变校验系数均满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的要求，加载过程中和卸载后未发现裂缝产生，说明桥梁的整体刚度满足要求，加固后桥梁的承载能力可达汽车-超20级，挂-120标准。实践证明本加固方案是合理可行的，效果显著，施工质量也达到了设计要求。
结语：桥梁加固方案的选取及其经济合理性直接与桥型、桥梁受力特点、选用材料等密切相关，因此加固设计前要根据现场病害情况仔细分析其原因，找出最科学经济的加固方案。在对刚架拱桥这样的复杂受力体系上，扩大受力截面和配筋的加固方案充分显示了它工期短、费用省、概念明确、改造彻底的优点，具有一定借鉴和推广价值。此外，在桥梁加固新材料和加固方法方面，目前国内尚未有统一的技术规范及质量控制标准，因此为了保证桥梁加固施工质量，很有必要制定相应的行业规范及其施工质量的控制方法。
参考文献：
[1] 姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社，1999.
[2] 公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）.1998.
