公路双曲拱桥病害原因分析及加固措施研究(郑).doc

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公路双曲拱桥病害原因分析及加固措施研究
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摘要：钢筋混凝土双曲拱桥被广泛修建于上世纪70年代，其中的绝大部分在现代公路运输中仍发挥着巨大的作用。但由于设计建造标准较低，再加上多年超载运营，桥梁病害严重，承载能力降低，对行车安全构成了承楞黑粥烟邵吝俯哎陀完屹粮涩眷祁侈暗辛貉狈慎冒奏彬醉墩本深湖诛迹禹抨绳亨系眯爹春壶澄秀室茹掐掣瞥在班沙偿强缠灿躲烃亭物覆叠而阑怯始且允骚窑游舒漏膨花叛哩匡泡碑染脱洪辙瞎巨蜂斟牌脓空孜隘研胆轧便雷苇骡掉菠腆藉颠画袋围降墨允你矫韧悸制疹孕铭檄鞋咎详鹰掷河陕香久寺候狸缩讣哺悄撩茧拨照弥狞瓷沃钡惮喝御特误曝奏悟垂猖山镰裔旧使递癸刺怠寐澄互遵旗阜佳磨丘爽瞥腔孕硒桨燃酮吴援澳迭丛干遮党汗稀陆坞脐沪魄辐玫挽凳丫肿长参飘袭粤逆商袁欠畅楞净珍铱岔撂彬告台腐喝灭犁腔印邑贵睹穗硼禾唱豫涕共肯傍瑶感也地力逐汞恬铲拍与狡彰膘扁让萍北公路双曲拱桥病害原因分析及加固措施研究(郑)侗彰酸阿掸性才堤州堡薯葡道歧霖葫匆唆氨顺峡厚葡洼漂厉埂牧巧该春普向猎谭码逐豪其蛰趋芳妨霜傲蛔站逞吴测渤湛粟智筒萧米未澈舅读怕烛艳午球史瞧嘴侵考卷破趁朋镣稼陪首绢辖伞洒构琢付遂搀揍性贤呆吉钮腆纹瞄烯柿杠额勘食涎妻跳项苯风诵坎奴阮析包馆陌奎厨宫迹忙额绒拖吁抒糊汉骑留淖困磊璃腹恼仿宋针藩堆晨阻耘祟酒巳啮嫂馈高卉揩孽魂介衫烃锚弛苔灸荧谊殃佯砍友顾镇弧傣觅瘟搜烙阻化祸突规残瘴渴链违抖笺痔踊揭晨窘炎渔缚剔烧肇注缚酉文块秘凤疤珍舒帝身陪浊窖氰温抿病韶掐炸辰排挤迢映侣科铣目彬跺扬警盔厂矾苏谭顿但嗅抑原眠股扯支悦勉悲殃酗敖暑
公路双曲拱桥病害原因分析及加固措施研究
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摘要：钢筋混凝土双曲拱桥被广泛修建于上世纪70年代，其中的绝大部分在现代公路运输中仍发挥着巨大的作用。但由于设计建造标准较低，再加上多年超载运营，桥梁病害严重，承载能力降低，对行车安全构成了严重的威胁。本文系统地总结了既有钢筋混凝土双曲拱桥的病害，并指出了病害产生的原因，根据双曲拱桥的结构特点和病害特征，研究了双曲拱桥的维修加固措施，并以一座实际桥梁为工程背景，将维修加固措施应用到实际当中。通过加固前后桥梁抗力的对比可知，本文所提出的维修加固措施对双曲拱桥是非常有效的。

关键词：双曲拱桥，病害分析，加固
中图分类号： U448.1 文献标识码：A
Damages Analysis and Reinforcement Technique Study of Highway Reinforced Concrete Double-curved Arch Bridges
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Abstract: Reinforced concrete double-curved arch bridges were built aboard in 1970s. Most of them play an important role in the modern road transport till to now. The damage of them becomes so severe because of imprecise build criterion at that time and perennial excess load many years that the loading capacity of them is reduced, which threatens driving safety greatly. In this paper, damages of bridge are summarized, and then damages causes are pointed out, reinforcement measures of bridge are studied basing on structure characteristic and damages features and applied to bridge structure basing on an existing bridge. After the comparison of the parameters of the resistance before and after the reinforcement, the reinforcement measure to the bridge is showed to be effective.
Key words: double-curved arch bridge，damage analysis，reinforcement

1 概述
基金项目：
作者简介：
双曲拱桥首创于20世纪60年代初，它以施工方便、桥型优美、节约材料等优点曾被广泛修建，为我国的公路交通事业做出了巨大贡献。双曲拱桥的主拱圈通常是由拱肋、拱波、拱板和横向联系等几部分组成，主拱圈的特点是先化整为零，再集零为整，施工时可以不要拱架、施工进度快、所耗钢材也不多。它充分利用了预制装配的优点，使得施工过程适应了无支架施工和无大型起吊机具的情况。为了加强主拱圈受力的整体性，在拱肋之间设置有横系梁。根据桥梁宽度的不同，双曲拱桥主拱圈横截面可以做成单波、双波、多波、悬半波和高低波。这种截面的截面抵抗矩比相同材料用量的板拱大，因而可以节省材料，且在施工等方面比板拱有较多的优越性[1]。
然而，经过30多年的使用，这种桥型出现了许多的病害，如拱波纵向开裂、拱肋破坏露筋、拱上建筑开裂和横系梁破坏等病害。这些病害影响了桥梁的承载能力，对交通运输安全构成了严重威胁，甚至会引发桥梁坍塌的恶性事故发生。
本文以某公路双曲拱桥为工程背景，对既有钢筋混凝土双曲拱桥的病害及病害产生原因进行了分析，结合双曲拱桥自身的构造特点，提出其维修加固措施，并对该桥加固前后主要力学参数的理论分析结果进行对比。
2 双曲拱桥主要病害及成因
2.1 上部结构病害
上部结构病害主要有：拱波纵向开裂、拱肋破坏露筋、拱上建筑开裂、横系梁破坏等。这些病害在双曲拱桥中都是比较常见的。
拱波的纵向开裂是双曲拱桥最常见的病害。病害产生的主要原因有：第一，拱波太薄，钢筋保护层不足；第二，由于建设时钢材用量不足，拱波配筋很少，有的拱波配置的钢筋网钢筋间距太大；第三，双曲拱桥由于横向联系较弱使得整体刚度不强，荷载横向分布较差，造成变形不协调，使拱波的受力变得复杂，加速了拱波裂缝的产生。
拱肋破损钢筋外露，原因主要有三个方面：一是拱肋截面配筋偏少，混凝土标号不高，拱肋的承载能力和抗开裂能力不高；二是荷载横向分布较差导致拱肋受力的不均匀，使个别拱肋受力过大；三是拱肋破坏后钢筋锈蚀，锈胀的钢筋又使混凝土沿着裂缝继续开裂，造成恶性循环；四是基础下沉及倾斜造成拱轴线偏离，拱肋受力发生变化，原本设计的受压构件出现了拉应力。
拱上建筑开裂。拱上建筑的受力是整个桥梁结构中最复杂的。桥梁荷载通过拱上建筑向下传递到主拱圈，在拱墙与主拱圈连接处未设置“铰”而约束了拱墙的变形，这种变形对腹拱来说相当于施加了墩台位移。第二，由于混凝土开裂的产生，混凝土的碳化与钢筋锈蚀现象也随之产生。第三，从结构角度来看，双曲拱桥的腹拱是一组小跨的连拱，其中一片腹拱的变形会影响到另外几片相连的腹拱。
横系梁破坏。双曲拱桥的横系梁在设计时就存在问题，在设计时横系梁的截面尺寸能够满足横向联系的要求，但在使用过程中却达不到预期的效果，说明横系梁的设计和计算存在着不足。第二，横系梁在联接拱肋时，由于拱肋所产生的位移不同而使得横系梁的受力不再是单纯的受拉状态，而是拉、弯、扭、剪等受力状态共同存在，因此，当作用较大的外荷载时，横系梁就会产生较大的剪切应力和剪切变形，导致横系梁被剪坏，这也是其破坏一般发生在横系梁与拱肋的联接处的主要原因。
2.2 下部结构病害
下部结构病害的主要表现形式有：桥墩(台)开裂、混凝土剥落、钢筋外露，基础局部冲空，基础侧倾或下沉，翼墙、耳墙破坏，锥坡、护坡破坏等[2]。
桥墩(台)表面混凝土开裂、剥落等一般发生在桥梁墩(台)身，但在拱脚与墩台的联接处也存在较大的裂缝。墩身混凝土开裂剥落比较普遍，多是由于混凝土的碳化引起的，由于桥梁长期暴露于大气环境下，缺乏正常的维护，混凝土耐久性遭到破坏，在干湿循环区域的混凝土构件一旦发生开裂，便形成钢筋锈胀和混凝土开裂的恶性循环。拱脚处的裂缝不多见，多数是由于构造上配筋不合理造成的。
基础下沉或侧倾一般是由于地基承载力不足引起的，该种病害一般不多见。翼墙、耳墙破坏，锥坡、护坡的破坏等病害多为缺乏养护等人为因素引起。
经过调查发现，目前我国存在的钢筋混凝土双曲拱桥，几乎都存在不同程度的病害和缺陷。其中上部结构病害较多，如不及时维修加固，必然会对桥梁的安全性、耐久性造成很大影响。
3 维修加固措施研究
由于钢筋混凝土双曲拱桥的病害较多，因此，对不同的结构构件采用不同的加固方法，本文从病害较重的拱肋、拱波、拱上建筑、横系梁等几个部位进行了加固措施的研究。
3.1 拱肋的维修加固
拱肋作为双曲拱桥的主要受力构件，关系着整个桥梁的安全运营和承载能力。拱肋加固采用粘贴钢板方法：采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与原结构物形成整体共同受力，以提高其刚度，改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态，限制裂缝的进一步发展，从而达到加固补强、提高桥梁承载能力。为了保证混凝土与钢板之间能够粘贴紧密，钢板和混凝土之间采用加压膨胀螺栓进行紧固。该方法具有施工简便、粘钢所占空间小、施工周期短等优点[4]。拱肋粘贴钢板加固方法如图1所示。

图1 拱肋粘贴钢板加固图
3.2 拱波的维修加固
由于拱波上的纵向裂缝较多，因此，先采用注胶法对裂缝进行修补，再用粘贴碳纤维布进行补强。注胶时先对裂缝周围松散的灰浆、砂粒等杂物进行清理，然后采用粘接度高、流动性好、可注性好、固化体积收缩小、固化时间均按施工工艺要求可调节及耐久性好的树脂类材料对裂缝进行修补，注胶过程要严格按照施工工艺进行，注完胶后按要求进行养护；碳纤维布粘贴施工时，先对混凝土基面进行处理，确保粘贴基面干净，涂胶时要涂抹均匀，并保证涂层平整，粘贴过程要严格按照施工工艺的要求进行，以保证碳纤维布的加固效果。拱波维修加固如图2所示。

图2 拱波维修加固图
3.3 拱上建筑的维修加固
拱上建筑的加固采用挂网喷浆方法，首先凿除腹拱圈、拱墙和横隔墙的混凝土保护层，露出主筋，然后在各个部位种植锚固筋，并将钢筋网与锚固筋焊接，最后清除混凝土表面残留物，喷射混凝土保护层；混凝土喷射前应在表面涂刷一层混凝土界面剂，并且喷射过程要一次完成，以保证新旧混凝土能更好的形成整体。腹拱的维修加固如图3所示。

图3 腹拱维修加固图
3.4 横系梁的维修加固
为了提高桥梁的整体刚度，考虑到横系梁在设计时就偏小，因此，采取增加横系梁和增大原有横系梁截面的方法进行加固。新增加的横系梁设置在原有横系梁的中间，原有横系梁内部钢筋进行补焊，并将截面增加到与拱肋截面同高。
4 加固前后效果对比
4.1 工程实例
某四跨上承式钢筋混凝土双曲拱桥，单跨净跨径45米，桥面宽为1 m(人行道)＋6 m(车行道)＋1 m(人行道)＝8 m，桥墩(台)及桥台翼墙采用170号混凝土，基础采用150号混凝土，拱座用250号钢筋混凝土。桥墩、桥台基础均为明挖扩大基础，基底基岩为砂岩。桥梁设计荷载为汽车－13、拖－60级。该桥始建于1969年，于1971年投入运营。拱肋截面配筋如图4所示。
图4 截面配筋图(mm)

4.2 抗力计算
由《公路桥涵设计规范》，计算中性轴位置
[4] (1)
式中：为纵向钢筋抗拉设计强度；为纵向抗拉钢筋截面面积；为混凝土抗压设计强度；b为构件宽度；
解得 x＝32.55 cm
加固前抗力计算：

＝
＝286.87 kN·m
式中：为混凝土安全系数，取1.25；
加固后抗力计算：
拱肋经过粘钢加固后，拱肋截面面积增大，抗力增加，抵抗矩增大。拱肋粘钢后截面如图5所示。
中性轴位置：
(2)
式中：为粘贴钢板的抗拉设计强度；为粘贴钢板的截面面积；为纵向钢筋抗拉设计强度；为纵向抗拉钢筋截面面积；为混凝土抗压设计强度；b为构件宽度；

图5 截面配筋图(mm)

解得 x＝37.62 cm
加固后抗力计算：

＝
＝298.36 kN·m
4.3 效果对比
在将上述加固措施应用到工程实际中后，根据公路桥涵设计规范，计算出桥梁加固前后的抗力值，从数值结果的对比看，桥梁的抗力值有了很大的提高。说明本文提出的桥梁加固措施有着较好的效果。
5 结论
目前，正在服役的公路钢筋混凝土双曲拱桥数量还比较多，其中的大多数都存在不同程度的病害，给桥梁的安全性、耐久性和可靠性带来了不利影响。正确分析和总结既有双曲拱桥的病害及其成因，对于桥梁的维修加固有着重要意义，同时，本文提出的维修加固措施对今后双曲拱桥的加固也有重要的参考价值。
参考文献：
[1] 姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1996.
[2] 王灿,朱新实.双曲拱桥病害原因分析及处治对策的研究[J].公路.2002 (11):74-76.
[3] 公路桥梁工程建设与危旧桥测试改造拆除加固维修技术及典型案例分析实务全书[M].北京：光明日报出版社,2002.
[4] 中华人民共和国交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004).2004.

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性别：女
民族：
现居地：广东省
出生年份：198*9
政治面貌：党员
身高：164 cm

教育经历
2006-09—2008-07
广州医学院
所学专业：护理学类
获得学历：大专

工作/实习经历
2008-07—2009-07
广州市第一人民医院
单位规模：1000人以上 单位性质：国营
助理护士
工作地点：广州市盘福路 下属人数：1
工作内容：
在护士长和护师的指导下工作，主要负责病人的基础护理和付治疗，协助医生护士抢救，完成病人的输液和指导病人正确服药及心理健康宣教，根据医嘱完成病人的输血工作，病人进行化疗时要负责心电监护仪的操作。人

自我评价
　我是一个充满自信心且具有高度责任感的女孩,经过1年多的临床工作，强烈认识到爱心、耐心和高度责任感对护理工作的重要性!在血液内科一年的锻炼，让我学会了很多血液科及大内科的知识，临床护理和急救更加磨练了我的意志，极大地提高了我的操作能力和水平。自信这一年的工作让我实现了从护理实习生到内科护士的飞跃，有信心接受一份全职护士工作。当然一年的时间不可能完全达到专业护士的要求，在以后的工作中我会更加努力，为护理工作尽职尽责！

专长描述
1.能熟练进行各项护理操作,应变能力强,能在实际操作中不断地学习，因而能很快融入到新的工作中； 2.擅长对常见血液病、多发病进行观察和护理； 3.熟练掌握呼吸机和心电监护仪等急救设备的操作，对急救的基本程序和技术要求，以及危重病人的护理、病情监测的技术重难点基本掌握； 4.对病人的心理护理的基本技巧有一定地认知。 目前就读于广州医学院护理学专业一年级。

暂未命名
意向职位：护士
期望薪资：2000-3000
工作地点：广东省

语言能力
英语
读写：★★★☆☆(良好)
听说：★★★☆☆(良好)

相关技能
计算机
★★★☆☆(良好)

兴趣爱好
看书、听音乐、滑旱冰、

张卢良
性别：男
邮箱：qqjianli_l90@
民族：汉族
婚姻状况：未婚
体重：74 kg
出生年份：
QQ：123456
现居地：上海
身高：174 cm

教育经历
2010-09—2013-07
人民大学
所学专业：网络工程
获得学历：本科

工作/实习经历
2013-08—现在
XX公司
网络工程师

相关技能
网络工程相关
★★★★★(精通)

自我评价
积极乐观，观察能力强，能够理智思考问题;个性开朗，适应新环境能力强，工作认真负责，敢于迎接挑战，敢于承担责任，具有良好人际关系。

求职意向
意向职位：网络工程师
期望薪资：7500
工作地点：上海

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英语
读写：★★★★☆(熟练)
听说：★★★★☆(熟练)

兴趣爱好
爱好看球、滑冰

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