钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土桁架拱桥是我国20世纪60年代发展出的一种拱式结构。因其具有受力合理、装配化程度高(工序少、工期短)、自重较轻、抗震性好等优点,在全国范围内很快得到了推广。然而,由于当时设计、施工的经验不足及其他原因,很多拱桥建成后就存在一定问题。
1.桁架拱桥常见病害
桁架拱桥常见病害主要有如下几种。
(1)桥台位移使拱桥上弦杆悬空。
部分桁架拱桥由于修建时考虑不周,跨径太小,桥梁建成后不能满足水流断面的需要,在长期水流冲刷作用下,桥台基础外露,大雨季节,重则台后被冲垮,交通被迫中断;轻则桥台产生沉陷外移,拱桥上弦杆处于悬空或接近悬空的状态。
(2)施工缝处出现裂缝。
施工缝处出现裂缝,拱片连接处混凝土断裂或钢板接头脱开。因桁架拱片一般非一次成型,而是分次浇筑成型的,即先浇下弦杆,包括相应的横系梁,再浇竖杆、斜杆及剪刀撑,最后浇筑上弦杆及横系梁,故有施工缝存在。施工缝处往往是强度较弱的部位,在外荷载作用下,施工缝可能干裂甚至碎裂。当跨径较大,桁架拱片要分段预制时,就必须增设接头(现浇混凝土接头和钢板接头)。若施工质量欠佳,在荷载反复作用下,接头处易损坏甚至脱开。
(3)构件裂缝。
构件受拉时会出现裂缝,裂缝宽度在容许范围内时并不影响拱桥的使用。当桥梁所承受的荷载大大超过其原设计荷载等级时,构件受到过大拉力的作用而不可避地会产生较大裂缝,势必影响拱桥的使用。
(4)拱上建筑破坏。
拱上建筑的破坏包括桁架拱桥桥面的微弯板或空心板脱空、断裂,甚至出现空洞等。此类病害产生的原因往往是施工不当,微弯板或空心板架设时未采用坐浆法安砌,或因板太短,与主拱片连接不好,以及板本身强度不足等。
2.加固力学要点
钢筋混凝土桁架拱桥端部下弦杆承受最大应力,当有破损时应及时进行维修加固。各腹杆与上下弦铰接处出现的裂缝可用砂浆封固。下弦根部出现横向裂纹,则要立即加强、加固横向联结,杜绝摆动,同时用环氧砂浆封闭裂纹(缝)。
钢筋混凝土桁架拱桥无论是有铰还是无铰,受拉杆件和受压杆件的节点处钢筋都很密集,受力复杂,常在节点处产生裂纹、裂缝。裂缝宽度在允许范围内时可用环氧树脂黏结剂、改性乳胶漆封闭;如裂缝较宽,则可在节点附近设置一定形状和尺寸的型钢,在节点两侧增设预应力筋(如为受压杆件时可设置型钢),预拉锚固于型钢上,再用环氧砂浆封闭。
跨中设有铰或挂孔的桁架拱桥,上弦承受最大张力,铰或挂点出现下垂时,如有可能可在预留孔中穿入预应力筋,或在桥面铺设预应力钢丝束(钢筋)与铰或挂点连接,施张后锚固于墩台的后下方。施张时在下垂点配合使用千斤顶及其他吊装设施辅助提升张拉。新增的预应力筋应用混凝土覆盖。
上承式桁式组合预应力混凝土拱桥,节点处钢筋密集,受力复杂,成型后产生的裂纹一般用黏结砂浆涂抹或粘贴钢材,支杆、接缝处出现较为严重的损伤时则在其两旁采用预应力筋进行加固。
3.桁架拱桥加固方法(www.daowen.com)
在需要提高桁架拱桥主要受力构件如下弦杆、实腹杆等的承载力时,截面加强的方式主要有三种:①凿除原杆件钢筋混凝土保护层,加筑钢筋混凝土补强断面,新旧断面依靠钢筋和混凝土紧密连接;②粘贴钢板或钢筋进行补强;③预制好补强杆件,再用电焊焊接钢板方式与原杆件相连,形成一个整体而共同受力。
如果桥台发生位移且对结构内力影响较大,可采用顶推的方法加固。
当桥面由于板块断裂而出现空洞时,可采用更换或用悬吊式模板进行局部修补的方法进行处理。当需加固桥面且基础承载力允许时,也可采取增铺桥面补强层等加固方法。
4.其他加固方法
桥梁上部结构加固方法除上述增大构件截面加固法、粘贴加固法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法、增加辅助构件加固法等之外,在某些情况下,还可根据桥梁结构的受力特点、病害特征等,采取一些其他加固方法。例如,对于拱桥,如其水平位移过大而导致拱顶开裂,则可采用顶推加固法;又如,T形刚构桥刚度不足、下挠过大时,在采用体外预应力加固法的同时,还可将桥墩加粗、加厚,以增大其抗弯刚度;等等。
拱桥由于设计、施工不当及地基软弱,引起墩台下沉位移,拱圈及拱上建筑严重开裂时,应加强观测,限载或禁止通行,查明原因,采取加固处理措施。拱桥加固除可采取前述方法外,还可根据拱桥的受力特点、病害特征,采取一些其他加固方法。现将其他加固方法简述如下。
(1)对于地基已稳定的桥台,当拱轴线变形较大、承载力不足时,可采用顶推方法按下述程序调整拱轴线,恢复其承载力。
①先将拱脚的锚固钢筋切断,并将拱上建筑与桥台分开,使顶推时拱上建筑能随同拱圈自由变形。
②顶推可在拱桥的一端进行,也可在两端同步进行。顶推的基本做法是在桥台的拱脚处安装传力结构(钢夹具或刚性横梁),通过千斤顶施加推力,将拱圈自拱脚向跨中方向顶推,以达到调整桥台位移和拱轴线、恢复承载力的目的。
③顶推完成后,在拱脚端的空隙处浇筑高强快凝混凝土,必要时也可将顶推千斤顶一并浇筑在内。
④顶推应按照相关程序,分级缓慢进行,并同步加强监测,直至达到计算要求的顶推水平距离,如有其他控制指标超出设计计算要求,应立即停工检查。
⑤顶推完成后,整修结构的其他部分。
(2)对于地基不稳定、产生水平位移的桥台,可采用在台后增设小跨径引桥和增设水平摩阻板的方法,并按下述程序操作。
①分段将台后路基填土挖除,增设1孔或2孔小跨径桥孔,增设水平摩阻板,并与原桥台连成一体,以抵抗桥台滑移,使桥台不再继续产生水平位移。
②视水平位移大小,必要时采用前述方法,在桥台后布设反力梁,用千斤顶顶推桥台,消除或补偿桥台水平位移所产生的不利影响。
③下部结构处理完成后,再修理拱上结构损坏部分,必要时重铺桥面铺装层。
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