雙曲拱橋加固前后荷載試驗(yàn)對比分析

1、雙曲拱橋加固前后荷載試驗(yàn)對比分析1工程概況及病害描述該雙曲拱橋?yàn)?孔凈跨徑L0=40m的空腹式懸鏈線鋼筋混凝土雙曲拱橋，凈矢跨比為f0/L0=1/8，設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)m=3.5，設(shè)計(jì)荷載等級為汽-13，拖-60。橋面總寬7.0m，主拱圈寬度為10.05m，由7片C25鋼筋混凝土拱肋和6個拱波組成，每片拱肋間設(shè)有10根1525cm鋼筋混凝土橫系桿（1994年另加焊有4根角鋼舉行抗震加固），主拱圈厚度為1.15m，下部結(jié)構(gòu)為片石混凝土重力式橋臺，橋墩為沉井基礎(chǔ)，均砌置在砂礫石基礎(chǔ)上。于2022年11月舉行了結(jié)構(gòu)檢測，主要病害狀況如下：全橋拱肋、拱波等主拱圈消失多處裂縫；拱肋局部混凝土脫落，箍筋及主筋外

2、露且銹蝕嚴(yán)峻；部分橫系梁與主拱肋接頭處混凝土破裂，部分橫系梁傾斜，全橋1994年加固的角鋼均消失嚴(yán)峻的銹蝕，部分角鋼銹蝕斷裂；腹拱圈存在大量橫向裂縫，大部分腹拱圈砌縫不飽滿，消失大面積滲水；橋面不平整，瀝青混凝土表面處理老化，車輛直接作用在外露的碎石面層上。2加固設(shè)計(jì)原橋設(shè)計(jì)荷載臨近89規(guī)范中的汽-15，掛-80級荷載，在有限元模型中根據(jù)此荷載等級對原橋結(jié)構(gòu)舉行驗(yàn)算，結(jié)果表明主拱肋拱腳截面承載能力不能滿意規(guī)范要求。為了改善結(jié)構(gòu)受力性能，提高橋梁承載能力，對該橋舉行了加固設(shè)計(jì)，本次加固設(shè)計(jì)的主要思路為：基于本橋已開展的調(diào)查及評估分析成績與結(jié)論，在不轉(zhuǎn)變原有結(jié)構(gòu)受力體系的狀況下，首先對主拱及腹拱主

3、要受力體系中已產(chǎn)生的損傷與缺陷舉行修理與補(bǔ)強(qiáng)，增加結(jié)構(gòu)受力的整體性，防止主要受力材料進(jìn)一步劣化，在此基礎(chǔ)上實(shí)行有效的加固方法提高橋梁損傷構(gòu)件的承載能力，為改善主拱的受力性能，本次修理加固采用拆除橋面鋪裝和人行道系，重新澆筑橋面鋪裝層混凝土，安裝新的人行道系。在此原則與思路下，形成以下詳細(xì)的加固方法：1、原橋腹拱圈砌體砌縫普遍不飽滿，空隙率高，首先對砌縫實(shí)行壓漿處理，以使砌縫飽滿；2、拆除橋面鋪裝和人行道系，增設(shè)新的橫挑梁以加寬橋面，重新澆筑橋面鋪裝層混凝土，安裝新的人行道系和排水系統(tǒng)；3、對檢測中發(fā)覺的各類裂縫舉行密封和修補(bǔ)處理；4、為了提高主拱圈的承載能力，在空腹段的主拱肋采用套箍混凝土舉行

4、加固補(bǔ)強(qiáng)，拱背加厚20cm，在拱肋下緣加厚20cm，拱肋兩側(cè)加厚15cm，其中第一腹拱段拱波空心區(qū)域填實(shí)，實(shí)腹段僅對拱肋舉行套箍加固，對全部橫系梁下緣加厚40cm，兩側(cè)加厚10cm；5、對腹拱拱圈采用U型套箍混凝土舉行加固補(bǔ)強(qiáng)，套箍層混凝土厚度為15cm；6、鑿除原橋面鋪裝層，整治拱上填料，再放置預(yù)制的橫挑梁加寬橋面，澆筑鋼纖維混凝土鋪裝層，同時(shí)重新設(shè)置橋面排水系統(tǒng)，設(shè)置變形縫和伸縮縫。3加固前荷載實(shí)驗(yàn)3.1靜載實(shí)驗(yàn)3.1.1荷載效率原橋設(shè)計(jì)荷載為汽-13，拖-60，本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)89規(guī)范中荷載較為臨近的汽-15作為控制荷載，考慮到本橋運(yùn)營時(shí)光較長，損傷較多，實(shí)驗(yàn)荷載效率控制在規(guī)范規(guī)定范圍的下限

5、值。經(jīng)過計(jì)算分析，本次實(shí)驗(yàn)選取拱腳及拱頂兩個內(nèi)力控制截面共五個實(shí)驗(yàn)工況（包含偏載工況），實(shí)驗(yàn)車輛選取30T重雙橋車。3.1.2測試截面及測點(diǎn)布置應(yīng)力測試截面為拱腳及拱頂截面，撓度測試截面為跨中截面。3.1.3撓度測試結(jié)果測試截面各測點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測撓度與理論值比較見表3-2。表中的撓度值以向下為正，向上為負(fù)，梁的編號從下游側(cè)開頭，撓度單位為mm。拱頂控制截面在各中載工況下，各測點(diǎn)實(shí)測撓度值均小于理論值，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.740.89之間，處于拱橋結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)的正常范圍，表明其剛度滿意設(shè)計(jì)要求。從表中數(shù)據(jù)可以看出，橫向增大系數(shù)較大，說明該橋橫向聯(lián)系較差，整體性不好。3.1.4應(yīng)變測試

6、結(jié)果控制截面在實(shí)驗(yàn)荷載作用下應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較見表3-4。測量應(yīng)力計(jì)算中混凝土彈性模量根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土250#舉行計(jì)取，即E2.8104MPa。表中數(shù)據(jù)以受壓為負(fù)，受拉為正，單位均為MPa。表中數(shù)據(jù)可以看出，正載工況應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.410.95之間，處于拱橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)的正常范圍,表明其強(qiáng)度滿意設(shè)計(jì)要求。3.2動載實(shí)驗(yàn)動載實(shí)驗(yàn)主要包括：（1）脈動實(shí)驗(yàn)：橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性測試，采用環(huán)境鼓勵法舉行測試；（2）跑車實(shí)驗(yàn)：采用一輛載重300kN的實(shí)驗(yàn)車作為動力實(shí)驗(yàn)荷載，實(shí)驗(yàn)汽車分離以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的速度無障礙勻速過橋激振。實(shí)測頻率低于理論頻

7、率，說明橋梁實(shí)際剛度略小于計(jì)算模型。不同車速下跨中截面的行車沖擊系數(shù)見表3-6。根據(jù)文獻(xiàn)1中規(guī)定，沖擊系數(shù)（1+）理論值為1.26。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可以看出，跨中截面行車沖擊系數(shù)最大數(shù)值為1.21，與理論值比較臨近，屬正常范圍。4加固后荷載實(shí)驗(yàn)4.1靜載實(shí)驗(yàn)4.1.1荷載效率加固后設(shè)計(jì)荷載等級為：大路-I級，人群3.0kN/m2，橋面凈寬：凈-10米行車道+21.25（人行道+欄桿），主拱圈寬度為10.05m。經(jīng)過計(jì)算分析，本次實(shí)驗(yàn)選取拱腳截面、L/4截面和拱頂截面作為內(nèi)力控制截面，共六個實(shí)驗(yàn)工況（包含偏載工況），實(shí)驗(yàn)車輛選取42T重雙橋車。4.1.2測試截面及測點(diǎn)布置應(yīng)力測試截面為拱腳截面

8、、L/4截面及拱頂截面，撓度測試截面為跨中截面。4.1.3撓度測試結(jié)果測試截面各測點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)荷載作用下的實(shí)測撓度與理論值比較見表4-2。表中的撓度值以向下為正，向上為負(fù)，梁的編號從下游側(cè)開頭，撓度單位為mm。拱頂控制截面在各中載工況下，各測點(diǎn)實(shí)測撓度值均小于理論值，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.840.89之間，處于拱橋結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)的正常范圍，表明其剛度滿意設(shè)計(jì)要求。從數(shù)據(jù)可以看出，橫向增大系數(shù)較加固前有所減小，說明所實(shí)行的加固方法提高了橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。經(jīng)過重復(fù)工況后，兩次測量數(shù)據(jù)較吻合。實(shí)驗(yàn)前后對L/4及跨中各選取三條裂縫舉行監(jiān)控，均未發(fā)覺裂縫有擴(kuò)呈現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)荷載卸載后結(jié)構(gòu)無顯然殘余變形，表明結(jié)構(gòu)

9、在實(shí)驗(yàn)荷載下處于彈性工作狀態(tài)。4.1.4應(yīng)變測試結(jié)果控制截面在實(shí)驗(yàn)荷載作用下應(yīng)變實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較見表4-4。表中數(shù)據(jù)以受壓為負(fù)，受拉為正，單位均為。表中數(shù)據(jù)可以看出，正載工況應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.430.96之間，處于拱橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)的正常范圍,表明其強(qiáng)度滿意設(shè)計(jì)要求。4.2動載實(shí)驗(yàn)實(shí)測頻率大于理論頻率，說明橋梁實(shí)際剛度大于計(jì)算模型。不同車速下跨中截面的行車沖擊系數(shù)見表4-6。根據(jù)文獻(xiàn)1中規(guī)定，沖擊系數(shù)（1+）理論值為1.27。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可以看出，跨中截面行車沖擊系數(shù)最大數(shù)值為1.27，與理論值全都。5結(jié)論由靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：撓度及應(yīng)變實(shí)測值均小于理論計(jì)算值，加固后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均能滿意大路-I級荷載的要求，達(dá)到了加固設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，加固后實(shí)測結(jié)果的橫向