進(jìn)賢北門(mén)橋位于進(jìn)賢縣城區,是通往三陽(yáng)、梅莊方向的主要橋梁,于1984年竣工通車(chē)。北門(mén)橋橋面總長(cháng)55·6m,主孔為1孔凈跨36m的剛架拱,矢跨比為1/6,南北副孔為6·0m的微彎板組合梁�；�礎及下部結構為組合式L形橋臺。(見(jiàn)圖1)橋面寬度為凈-7+2×1·0m。原設計荷載為汽-20,掛-100。


北門(mén)橋通車(chē)后,在對該橋進(jìn)行驗收時(shí),部分拱腿拱腳斷面上緣出現裂縫。1987年上海城建學(xué)院曾對該橋進(jìn)行檢測,上述裂縫深達450mm左右,裂縫寬度為0·6~0·8mm。南昌公路分局將該橋列為危橋,對通行車(chē)輛采取限載10t通過(guò)。2000年,電力部門(mén)運輸變壓器的超重平板車(chē)要求必須通過(guò)北門(mén)橋,而此時(shí)全橋結構許多部分已出現了開(kāi)裂甚至局部破壞的現象,其中8處拱腿拱腳處有7處出現嚴重裂縫,裂縫寬度達2~5mm,裂縫幾乎已經(jīng)貫通整個(gè)拱腿截面。

  


1　橋梁現場(chǎng)勘測和病害調查

該橋無(wú)竣工資料,所以許多方面只能以原設計資料和現場(chǎng)勘測為依據。通過(guò)熟悉原設計部分資料和對北門(mén)橋的現場(chǎng)勘測,并參照有關(guān)規范[1,2],全橋的病害綜述如下:

(1)拱腳上緣有7處由上而下的裂縫,裂縫寬度南橋臺為2~5mm,北橋臺為2~3mm。裂縫幾乎貫通全截面,這是本橋的最大病害。

(2)南橋臺八字墻因受土壓力外傾開(kāi)裂,北橋臺八字墻外傾更加嚴重,以致于連著(zhù)的橋臺立墻出現全斷面橫向裂縫,裂縫寬度1-3cm。 (3)南北副孔6m微彎板組合梁分別向兩端位移3-4cm,伸縮縫塞死,弦桿之間的橫梁出現0·2-0·4mm不等的裂縫。

(4)橋面出現0·2-0·5mm不等的裂縫,而且有一定的規律可循。

(5)全橋存在露筋,少數斷面結構尺寸偏小等施工質(zhì)量問(wèn)題。

綜上所述, 2000年北門(mén)橋的狀況較1987年檢測時(shí)相比,結構開(kāi)裂和損壞范圍增大,裂縫寬度和長(cháng)度都有所發(fā)展,整個(gè)結構處于相對松散的狀態(tài),所以將該橋列為危橋是有充分依據的。

2　老橋承載能力確定的技術(shù)研究

2·1　剛架拱橋的受力特性和計算模型

剛架拱橋是介于剛架橋和拱橋之間的一種橋梁形式,自1979年交通部鑒定后,已在全國大量推廣使用,因其經(jīng)濟、美觀(guān)、受力合理、施工方便等特性受到大家的歡迎,但同大部分拱橋一樣,它對基礎有一定的要求,而且全橋的桿件較多且相對零散。

剛架拱的結構特性比較符合結構力學(xué)平面桿系的假設,計算結果精度能夠滿(mǎn)足要求。而且平面桿系的計算結果便于與現行規范對照,便于后續加固的配筋設計。因此我們在北門(mén)橋的承載力檢算中采用平面桿系的有限元程序,近似地用橫向分布系數的概念來(lái)考慮空間的荷載效應并與空間計算相印證,橫向分布系數按彈性支承連續梁的簡(jiǎn)化計算[3]。北門(mén)橋拱腿、斜撐的外部邊界條件為恒載下為鉸,活載下為固定端。


由于基礎為組合式橋臺,原設計中水平分力需臺后被動(dòng)土壓力來(lái)平衡,而新填土要達到此種要求,施工上是相當困難的,所以計算中基礎水平位移的取值是重點(diǎn)考慮因素。

2·2　老橋承載能力的檢算

拱腳開(kāi)裂是本橋的最大病害,總共8個(gè)拱腳有7個(gè)出現由上而下的寬裂縫,并非偶然,開(kāi)裂程度在規范上已屬破壞。所以原設計荷載下的檢算工作必須能夠解釋其中的原因。在原設計的荷載下對受力模型進(jìn)行多次檢算,并對斷面進(jìn)行偏壓計算,得到在汽-20+溫降20℃+拱座水平位移D在承載能力極限狀態(tài)下的最大組合,其中拱腳斷面的內力如表1。


 


出現危橋現象的組合為汽-20+溫降20℃+水平位移10mm,也即是組合式橋臺在剛架拱橋產(chǎn)生水平推力作用下產(chǎn)生了較大水平位移,拱腳才產(chǎn)生現在的嚴重開(kāi)裂現象。同時(shí)這也與橋臺立墻、八字墻被嚴重擠壞發(fā)生大面積開(kāi)裂的工程事實(shí)相符。

在對應的正常使用狀態(tài)下,上弦桿的應力狀態(tài)已有多處超出容許應力法規范規定的范圍,而且較拱腳斷面更為不利。此時(shí)考慮到拱腳已大部開(kāi)裂,蛻化為鉸,再次計算內力發(fā)現,拱腿的彎矩減小,但上弦桿的應力狀態(tài)變化不明顯,仍超出規范要求。計算表明北門(mén)橋如完全按照原設計圖紙施工,上弦桿的承載力將達不到汽-20等級的荷載要求。原設計圖紙上弦桿下緣配筋量最少的地方只有3Φ18,較同跨徑剛架拱定型圖中的10Φ22相差甚遠(注:該定型圖為1983年交通部公路科學(xué)研究所和湖南設計院聯(lián)合編寫(xiě))。

北門(mén)橋在超重平板車(chē)通行的情況下,上弦桿基本所有的斷面和拱腳拱頂斷面的承載力都不夠。副孔的薄弱位置在跨中下緣,主孔的薄弱位置出現在拱腳上緣、拱頂下緣、大節點(diǎn)與小節點(diǎn)的上緣等地方,其中最不利位置位于上弦桿靠近大節點(diǎn)附近截面的下緣。


橫向方面,微彎板的承載能力在超重車(chē)靠中線(xiàn)時(shí)行駛的情況下尚可,但無(wú)富裕。以當時(shí)橋面的開(kāi)裂破損程度,受力斷面尺寸將有所削弱,應引起足夠重視�；�礎方面,由于掛車(chē)對基礎影響不大,計算未考慮在內,只能有待于試驗進(jìn)一步證明。

2·3　檢算的結論

(1)原橋拱腳上緣出現嚴重開(kāi)裂,并相應造成八字墻斷裂的主要原因是組合式橋臺產(chǎn)生了較大水平位移 (位移大于10mm)。

(2)橫向橋面微彎板的承載能力在超重車(chē)靠中線(xiàn)行駛的情況下尚可,但無(wú)富裕。

(3)北門(mén)橋如完全按照原設計圖紙施工,承載能力將達不到汽-20等級的荷載要求。

(4)北門(mén)橋如不進(jìn)行加固就通行超重平板車(chē),上弦桿基本所有的控制斷面和拱腳、拱頂斷面的承載力都不夠,全橋將會(huì )垮塌。

3　加固設計和施工

3·1　設計方案的確定

老橋承載力的檢算分析結果表明應對老橋進(jìn)行全面加固。北門(mén)橋是一座危橋,所以依靠加固后的永久性橋梁結構來(lái)滿(mǎn)足通行重載的要求是一個(gè)兩全方案,既加固了危橋,又通行了重載�；�于上述原則,考慮到以下細節,加固選擇以增大受力截面和配筋為主的方案。

(1)竣工資料不全影響到加固方案的計算與設計,計算時(shí)無(wú)法知道原截面的配筋量。只有鑿出原有主筋,才能知道需加配的鋼筋數量。

(2)通過(guò)計算可知最不利截面需對應配13Φ22,而每片上弦桿及實(shí)腹段的下緣僅寬30cm,所以必須加大受力截面,才能布下這些受力鋼筋。

(3)全橋存在蜂窩麻面、露筋、少數斷面結構尺寸偏小等施工質(zhì)量問(wèn)題,不打開(kāi)原截面,將給整個(gè)加固工程留下隱患。

(4)增大受力截面和配筋的方法概念明確,而且改造徹底。

(5)受力不大的區域采用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼鋼板打鉚釘法加固,簡(jiǎn)便、快速、有效。

3·2　設計與施工要點(diǎn)

計算可知副孔的薄弱位置在跨中下緣,主孔的薄弱位置出現在拱腳上緣、拱頂下緣、大節點(diǎn)與小節點(diǎn)的上緣等地方,其中最不利位置位于上弦桿靠近大節點(diǎn)附近截面的下緣。依據不同的受力狀況,分別采用了增大受力截面和配筋法、環(huán)氧樹(shù)脂粘貼鋼板法。


(1)拱腳上緣

將拱腿的拱腳斷面保護層鑿開(kāi),現有裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂填死閉合,將鋼板(鋼板長(cháng)2·5m)定位,并使鋼板邊緣與原箍筋焊接,鋼板中部用鉚釘加固。加箍新的箍筋,并焊在鋼板上,綁上主筋形成鋼筋骨架。再用環(huán)氧樹(shù)脂填充原混凝土表面和鋼板間的縫隙。然后外包澆筑新的混凝土。

(2)上弦桿及實(shí)腹段下緣

主孔:分別鑿開(kāi)每片上弦桿及實(shí)腹段的側面和下緣保護層,露出主筋和箍筋,將箍筋接長(cháng),焊上新的箍筋,焊接長(cháng)度不小于10d,綁上主筋形成鋼筋骨架,然后澆筑新的混凝土�？拷�支座的弦桿與副孔主梁由于受力不大,采用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼鋼板打鉚釘法加固。實(shí)際施工時(shí)發(fā)現原截面混凝土有部分蜂窩麻面情況,全部采用環(huán)氧樹(shù)脂封閉加固。

(3)橋面系全面加固

加設橋面鋼筋。除配常規的構造鋼筋外,另加設受力鋼筋,縱橋向布置起抗拉作用,橫橋向布置以提高微彎橋面板的承載力。施工時(shí)鑿毛橋面露出原橋面鋼筋后,每隔30cm布置鋼筋錨栓,使新老橋面鋼筋都與之焊接,在沖洗干凈充分濕潤后才澆筑新橋面混凝土。但實(shí)際施工時(shí),發(fā)現老橋的橋面板厚度參差不齊,最薄處僅有12cm,距設計板厚22cm相差甚遠,經(jīng)過(guò)結構計算后,變更設計,加厚新橋面10cm。

4　荷載試驗

4·1　主要測試截面及測試內容

根據交通部頒布的試行辦法[2],結合理論檢算的情況,選取測試的主要內容有:

(1)各受力桿件控制截面的應變和應力。

(2)各受力桿件控制截面的撓度及橋臺的水平位移。

(3)各受力桿件的裂縫情況及其寬度值。


4·2　試驗荷載的選擇與加載位置、測點(diǎn)位置的確定

靜載試驗采用等效荷載原則,為安全起見(jiàn),靜載試驗荷載控制在超重平板車(chē)荷載的80%左右,采用4輛太脫拉型自卸車(chē)模擬超重平板車(chē),每輛重車(chē)總重300kN,其中前軸重約60kN,后軸重240kN,總加載噸位為1 200kN,根據計算荷載效率在0·783-0·838之間。

縱向加載位置具體視平面桿系程序計算出的控制截面影響線(xiàn)而定,橫向位置始終居中。測點(diǎn)主要布置在2號、3號拱肋和弦桿相應的控制斷面上。

4·3　荷載試驗的結果與結論

對荷載試驗成果進(jìn)行整理,得出最不利工況下?lián)隙群蛻�力的評定匯總表,見(jiàn)表2和表3。橋臺水平位移的檢測結果見(jiàn)表4。

試驗前,對各構件存在的肉眼能觀(guān)察到裂縫進(jìn)行觀(guān)察和測量,在恒載作用下,在實(shí)施加固的截面基本沒(méi)有裂縫,僅在3號實(shí)腹段和弦桿下緣分別觀(guān)察到3條微裂縫。橫隔梁(未進(jìn)行加固)共觀(guān)察到20條裂縫,裂縫寬度在0·08-0·2mm范圍內。

在試驗荷載作用下,所有拱腳均無(wú)裂縫出現; 2號拱肋實(shí)腹段新增1條裂縫, 2號弦桿新增3條裂縫; 3號實(shí)腹段新增3條裂縫, 3號弦桿新增1條裂縫;裂縫寬度均在0·08~0·05mm范圍內,卸載后裂縫寬度基本閉合。橫隔梁新增6條裂縫,且老裂縫有所發(fā)展,裂縫寬度在0·08-0·3mm范圍內,卸載后裂縫寬度恢復到原有水平。

靜載試驗結果表明:加固后2號、3號拱肋和弦桿在彈性范圍內工作,橋面基礎在次重車(chē)加載的情況下幾乎沒(méi)有位移,整體結構剛度和強度都能滿(mǎn)足超重平板車(chē)的通行要求.

5　結語(yǔ)

通過(guò)此次加固, 160t超重平板車(chē)順利通過(guò)了北門(mén)橋,同時(shí)該橋也轉危為安,承載能力得到很大提高,可謂一舉兩得。在對剛架拱橋這樣的復雜受力體系上,擴大受力截面和配筋的加固方案充分顯示了它工期短、費用省、概念明確、改造徹底的優(yōu)點(diǎn),具有一定借鑒和推廣價(jià)值。另外從整個(gè)方案的實(shí)施過(guò)程我們的體會(huì )是:在病害嚴重的橋上通過(guò)特種荷載,實(shí)施上具有一定的風(fēng)險性。整個(gè)加固過(guò)程都必須采取十分慎重的態(tài)度,考慮周全,始終把安全放在首位,理論聯(lián)系實(shí)際,即在設計單位嚴格檢算和周全設計,施工及監理單位按設計意圖精心施工后,還要對加固后橋梁作檢測工作,試通過(guò)次重車(chē),作好各項數據的詳細觀(guān)測和記錄,取得相應的結構檢測資料,與理論計算相比較,經(jīng)分析得出安全穩妥的結論后,方能通過(guò)重車(chē)。