某刚架拱桥维修加固方案研究
2015-08-04
1.工程概况
该桥位于国道（104）K744+025处，桥梁全长63.9米，桥面宽度组合为1.75+12.0+1.75米，上部构造为1×50米的刚架拱，横向布置5片拱片，拱片籍以横系梁、微弯板及混凝土桥面铺装连接成整体；下部U形桥台，钻孔灌注桩基础；桥梁设计荷载为汽—20级，挂—100。于1987年11月建成。
该桥建成时间早，服役时间长，加之交通量增长较快及超载，自然条件因素等影响，结构存在一定程度损伤。为了确保该桥的长期安全运营，根据对该桥的相关检测结果，对该桥进行维修加固设计，以改善桥梁工作性能和结构技术状况。
2.桥梁主要病害
从该刚架拱桥的质量检测评价报告及现场考察可知，其存在的主要安全隐患为：
(1)桥面铺装存在开裂、磨损和骨料外露现象，个别部位出现破碎、塌陷、钢筋外露锈蚀等现象。桥头与路堤连接处横向开裂，台背路面发生轻微沉陷；
(2)拱顶下沉，即刚架拱桥的主拱圈轴线发生了很大变形；
(3)拱桥的伸缩缝变形、局部开裂；
(4)人行道栏杆混凝土膨胀脱落、个别缺失；
(5)横隔梁、微弯板普遍存在开裂现象，且刚架拱的上弦杆、主节点、次节点结合位置出现了较多裂缝。
3.维修加固原则
本次加固设计荷载等级标准按现行公路Ⅱ级进行加固设计。
桥梁的维修加固应从以下几个角度进行考虑：
(1)维修加固方案及现场施工应尽量减少对原有结构的损伤，保证原有结构保留部分的安全性与耐久性。桥梁经维修加固后，其结构性能、承载能力及耐久性等都能满足使用要求。
(2)为准确了解旧刚架拱桥的受力特征和对加固方案进行结构检算, 采用MIDAS建立该旧刚架拱桥加固前、加固后的三维有限元模型，进行旧刚架拱桥加固前、加固后的结构内力分析，从而提出合理的加固桥梁方案，通过复核计算证明加固设计的可行性及合理性。
4.维修加固方案
依据质量检测结果和桥梁的主要病害情况，对该桥提出以下维修加固方案。
4.1桥面铺装
(1)将原桥面铺装更换为聚丙烯纤维钢筋混凝土铺装，设双向1.5%横坡，并植入竖向剪力钢筋，以增强结构的整体受力性能。
(2)设置毛勒伸缩缝，使车辆平顺通过，减小车辆冲击作用。
(3)更换人行道护栏为防撞护栏。
(4)两桥头分设8米长桥头搭板。
4.2主要承重构件
(1)采用粘贴异型钢板法对主拱片大小节点进行加固补强，并在钢板外层均匀涂抹防锈漆对钢板进行防护。
(2)对斜撑接点、拱腿接点采用粘贴钢板带进行加固。
(3)对弦杆及实腹段采用粘贴钢板带的方法进行加固补强。
注意：在对主拱片实腹段、弦杆及大小节点进行加固前，应该对混凝土裂缝进行封闭。宽度b>0.15mm的裂缝采用灌浆法进行封闭，宽度b<0.15mm的裂缝采用环氧胶泥进行封闭。
(4)对拱腿根部位置采用增大截面的方法进行加固。
4.3一般承重构件
(1)对横系梁进行更换
对横系梁进行更换，新横系梁采用钢板焊接和钢筋植入相结合的方法进行加固，同时对横系梁与主拱片联接处的角钢做更换。
横向钢筋需钻孔穿过实腹段、弦杆以及拱腿混凝土，钢筋钻孔安装完毕后采用压力灌浆的方法进行灌注结构胶锚固。
(2)将微弯板拆除，更换为整体现浇桥面。
4.4对其它构件缺损的处理
对构件出现钢筋锈蚀、混凝土胀裂脱落以及其它缺损的部位，采用环氧砂浆、改性砂浆等方法进行修补处理。
5.施工过程中的注意事项
(1)在拆除原桥面铺装混凝土时应严格按照以下程序和原则进行：拆除原桥面铺装混凝土应严格按照横桥向对称拆除，拆除孔的位置必须同时对称，以避免产生较大的不对称水平推力，保持桥梁上部结构恒载压力平衡，保证桥跨结构的整体稳定性，以确保安全施工。
(2)粘贴钢板时，应尽可能在桥面系拆除后或将恒载卸至最小时进行，以使粘贴后的钢板更好地参与桥跨结构受力。因粘贴钢板与混凝土的塑性不同，在温度、湿度发生骤变的情况下，将导致钢板与原混凝土发生分离，所以在粘贴钢板时要避免发生这种变形梯度。
(3)横系梁进行更换时，应遵循边拆除边浇筑的原则，拆除以及浇筑是严格按纵桥向对称拆除，每孔每次拆除的横系梁不能超过2道。
(4)施工期间，考虑到新加混凝土浇筑期间对原结构的恒载作用，应尽量减小车辆的作用荷载，减少车辆震动影响混凝土初凝以及新老混凝土的结合效果。在加固施工期间建议封闭交通，要加强交通管制，采取必要的安全措施，确保施工人员及路上行人的安全。
(5)施工时应随时注意观测、分析，以便及时发现问题，如有超出本设计范畴的应及时报告，以便补充设计。
6.结语
该刚架拱桥的维修加固方案具有以下优点：
加固效果好。不但增加了刚架拱的抗力强度，而且极大地提高了桥梁的
整体稳定性，增强了结构刚度。
节约桥梁改造资金。课题组近几年成功维修加固十余座桥梁，统计加固
费用不到新建桥梁造价的三分之一。
施工简单方便，加固时间短。
