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北京双曲拱桥的典型病害分析及处置措施

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admin 发表于 2019-4-2 09:06:42 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 双曲拱桥是上世纪六七十年代出现的一种桥型,在桥梁施工时主要采用“化整为零”、“集零为整”的施工方式,当时在全国得到了广泛的推广和使用,在我国桥梁发展史上,曾发挥过重要的作用。但由于历史的原因和当时设计理论上的缺陷,特别是早起修建的双曲拱桥,在结构上不尽完美,桥梁整体受力性能较差,桥梁在长期运营期间出现了不同程度的病害。根据近年来的统计结果,北京市公路桥梁中现在运营的双曲拱桥约有百余座。桥梁在长期的运营中,由于环境因素、材料、荷载加重等原因,已经出现了各种病害,其中典型的病害主要集中在以下几个方面。
 1  双曲拱桥的典型病害及成因分析
 1.1  典型病害及病害特征
 对北京市现存在百余座双曲拱桥进行检查、分析,主要存在的病害见表1。
 

表1双曲拱桥典型病害及病害特征

表1双曲拱桥典型病害及病害特征

双曲拱桥拱波纵向开裂图

双曲拱桥拱波纵向开裂图
 1.2  典型病害的原因分析
 1)主拱圈典型病害的产生原因。
 第一,早起修建的双曲拱桥结构上设计不合理,桥梁横向整体受力性差,拱肋间仅设置尺寸较小的横系梁,在车辆荷载下,拱肋间变形不协调,导致薄弱处出现开裂;第二,由于建设时各构件采用预制、拼装,不能保证其结构整体性,其各构件的混凝土标号不尽相同,且钢筋用量不足,配筋少,在温度内力等因素作用下容易出现开裂;第三,拱顶、拱脚截面为正、负弯矩控制截面,在活载作用下,因承受过大的弯矩而出现开裂。
 2)腹拱圈典型病害的产生原因。
 第一,拱上结构对上部结构的整体作用及行车条件和荷载的均匀传递起着一定的作用,但因拱上建筑的承载能力远小于主拱圈,故其破损较主拱圈来说更为严重;第二,早起修建的双曲拱桥腹拱圈一般采用多块预制混凝土构件,整体性较差,混凝土构件的强度标号较低,在受长期车辆荷载、主拱圈变形、混凝土及温度收缩等因素的影响下,腹拱拱板出现横向开裂;第三,腹拱采用预制板构件,多孔构成连拱,拱脚处设置较为简易,一般只采用砂浆进行填充,无法满足变形的需求,导致腹拱拱脚处砂浆脱落,拱板局部会出现位移。
 3)腹拱墩或拱上立墙病害的产生原因。
 第一,双曲拱桥在早年建设时,拱上立墙上混凝土的设计使用标号过低,在长期的外部荷载和环境、温度作用下,拱上立墙的混凝土结构出现了明显的破损、露筋现象;第二,拱上立墙多采用浆砌片石结构,在拱肋间出现不协调变形时引起拱波等横向联系薄弱位置出现开裂,并引起立墙砌石结构出现竖向开裂。
 4)桥面典型病害的产生原因。
 桥面产生的典型病害主要是由于双曲拱桥结构不协调变形引起桥面出现局部的纵向或横向反射裂缝,尤其是在腹拱对应桥面位置,在腹拱拱板不均因变形的情况下,会影响桥面出现局部的沉降。
 2  双曲拱桥的典型病害的处置方法
 2.1  主拱圈病害的处置方法
 1)多数双曲拱桥仅在拱肋见设置截面尺寸较小的横向梁,因此,采用增加横系梁和增大横系梁截面的方法进行加固。新增的横系梁设置在原有横系梁中间位置,原有横系梁内部钢筋进行加固,并将截面增加到拱肋截面同高。因此,在拱肋间增加横系梁,增强主拱圈横向整体受力性能是最为直接的加固方法。2)在拱波下锚固一层钢筋网,并锚喷混凝土,以通过增大拱波间的连接达到加固目的,改方法即可增大主拱圈的横向受力性能,亦可增强拱波的连接。3)通过扩大拱肋截面和提高拱肋配筋的方法(见图3)提供拱肋抗弯承载能力和抗裂性能,此种方法主要是通过钢筋和混凝土外包原拱肋,同时新增配主筋,实现增大受力截面和不强钢筋以加强结构的整体性,使其能承受更大的外部荷载。
 

图3 主拱肋增大截面示意图

图3 主拱肋增大截面示意图
 目前,北京市的大部分双曲拱桥主拱圈采用较为普遍的是锚喷混凝土或外包混凝土的方式增大截面的方法,通过增加构件的截面和配筋,以提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性。例如密云县密关路某座桥梁,通过锚喷混凝土增大截面的的方法,有效的提高了桥梁的承载能力(见图4)。
 

拱肋增加截面法加固前后的对比

 拱肋增加截面法加固前后的对比
 2.2  腹拱圈及拱上结构病害的处置方法
 1)双曲拱桥腹拱圈的主要结构采用的是多块预制板拼接而成,可以将腹拱结构更换腹拱圈为整体现浇结构,增加腹拱整体的受力性能。2)可拆除腹拱及以上结构,改变腹拱拱上结构形式,把连拱结构改变为连续板拱上结构形式,减少二期恒载、增大腹拱横向整体受力性能,使腹拱受力更为简单。3)更换拱上结构填料,减轻主拱圈的荷载。4)可采用植筋挂钢筋网浇筑混凝土法(见图5),即凿除拱圈、拱上侧墙表面混凝土,种植锚固钢筋,布设钢筋网,起到加强现浇部分混凝土、抑制裂缝的作用,增大了结合面的抗剪能力。

腹拱圈增大截面示意图

腹拱圈增大截面示意图
 2.3  桥面病害的处置方法
 1)在桥面系破坏较为严重时,可以考虑对原桥的桥面铺装全部凿除,重新浇筑钢筋混凝土,布设新的防水层后再铺装沥青混凝土面层。2)在对桥面铺装进行改造时,还可以重建整体式桥面板,这可以有效的提高桥梁的整体性,同时可以使拱上填料和拱上立墙一同承担竖向力,优化拱上结构的受力状态。
 3 结论
 目前,正在北京市公路运营的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。


  推荐阅读:桥梁支座病害分析

  文章来源:检师学社公众号平台,作者:朱尚清

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精彩评论3

风随心动 发表于 2019-4-22 15:12:06 | 显示全部楼层
目前,正在北京市公路运营的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。
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飞跃 发表于 2019-4-22 15:15:36 | 显示全部楼层
目前老桥居多,需要在桥梁监测这一方面上引起重视
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追风少年 发表于 2019-4-22 15:21:06 | 显示全部楼层
文章写的很好,很具有参考价值
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