80m桁架拱桥的加固设计与施工

1、80m桁架拱桥加固设计与施工 肖长礼河南交通职业学院，河南 郑州 ； 【摘要】根据钢筋凝土桁架拱桥的病害情况，通过对桁架杆件植筋、增大结构的有效截面等措施，对某钢筋混凝土桁架拱桥进行综合加固设计、施工；实践证明，该桥的加固达到了预期的目标，承载能力提高了，旧的裂缝封闭了，新的裂缝和挠度都未见发生和发展。关键词：钢筋混凝土桁架拱桥 加固设计 施工工程概况 林州市漳河大桥是长治胶南公路上一座重要桥梁，该桥修建于1978年，桥梁结构为石拱钢筋混凝土桁架拱石拱（34.2+180+34.2）组合桥，桥宽为净7+20.75米人行道，设计荷载为：汽车15、挂车80；1 结构及缺陷1.1 80m桁架拱桥结构如

2、下图所示：图1桥型立面图（长度单位：厘米，其余米）图2 桥型平面图（单位：厘米）1.2 主要缺陷 由上图1可知该桥主桥部分属于斜压杆式桁架拱桥，它除具有桁架拱桥的一般缺点：模板较复杂，构件纤细，故浇筑和运输桁架拱片须仔细小心；作为有推力的超静定结构，其对软土地基的适应能力不及静定结构；对于钢筋混凝土结构的桁架拱桥，在一些受拉、受弯部位及刚性节点处，仍难免出现裂缝。又由于斜压杆式桁架拱桥中所有的斜杆均为压杆，竖杆均为拉杆。这就明显的暴露了斜压杆式的缺点：受压杆件较长，由此带来了一系列的桁架腹杆局部出现裂缝、节点处易于开裂等缺陷。1.3 桁架拱桥病害原因分析结合设计施工图、检测报告、加固计算等情况

3、分析，病害产生的原因有以下几方面：（1） 设计方面原设计荷载为汽车15、挂车80，设计标准偏低；造成该桥桁架杆件有效截面不够，配筋较少等一系列病害原因。（2） 施工方面 桥面部分的空心板，施工质量不能保证，造成混凝土质量不佳。（3） 其他方面 由于当时施工条件限制，造成该桥施工精度不高。 由于现今超重车辆的增加，进一步加剧了构件的病害。综合原因作用下，造成该桥承载能力降低，结构刚度下降，结构的使用安全性及耐久性得不到保证，必须进行加固设计、施工。2加固方案设计经过对原桥的调查，主要存在如下问题：1） 桥梁荷载标准偏低，现有桥梁已不能满足重载交通荷载标准要求。特别是在超重车辆作用下，桥梁承载能力

4、偏低。2） 原桥主体结构良好，但桥梁桁架腹杆局部出现裂缝，两端桥台及石拱未发现明显损坏。3） 桥面部分空心板损坏严重，部分已断裂，检查已损坏的空心板发现，混凝土质量不佳，且配筋较少。根据上述存在的问题，本着节省投资、满足交通的原则，拟对林州市漳河桥进行加固加固提载改造。具体设计方案如下：拆除原桥桥面铺装及空心板、人行道和栏杆，用C40的混凝土对原桁架拱的上、下弦杆及腹杆进行加固，桥面板更换成无粘结部分预应力型梁。使荷载标准由原汽车15、挂车80提高到汽车20、挂车100。桥梁结构体系、桥宽及桥长保持不变。2.1基本设计资料设计荷载行车道：汽车20、挂车100人行道：3.5kn/m2桥面宽度：净

5、-7+20.75米人行道；桥梁全宽：9米。2.2桥型布置及结构形式1）桥型布置 本桥为旧桥加固提载改造桥梁。桥型布置不变，桥面净宽7米，两侧为0.75米的人行道，桥梁全宽9米，桥梁全长131.20米，桥面设两道伸缩缝，桥面铺装采用C40的防水混凝土和沥青混凝土。2）桥梁结构 本桥结构形式不变，为石拱和钢筋混凝图桁架拱组合体系，两端桥台腹拱为3孔4.2米石拱结构，中部主拱为1孔80米钢筋混凝土桁架拱。桥面板采用8.71.185米无粘结部分预应力型梁，梁与梁之间为企口缝铰接，桥面伸缩缝采用GQFC60型毛勒伸缩缝。桥台为重力式桥台，基础为扩大基础。2.3桥梁设计的要点2.3.1老桥原设计荷载为汽车

6、15、挂车80，并且已使用多年，中部主跨钢筋混凝土桁架拱肋部分腹杆已出现裂缝，应多次电算及手算校核，原桥的桁架拱肋不能达到汽车20、挂车100的荷载标准。根据计算结果，采用加大原桁架拱肋杆件的方法进行加固。具体措施为：（1） 下弦杆采用上侧C40混凝土加厚的措施，加厚厚度依受力计算，从拱脚40cm渐变到拱顶12cm，加厚部分布14根25 HRB335钢筋。见下图3所示：图3 下弦杆加固设计图（单位：cm）（2） 腹杆两侧采用C40混凝土各加宽12.5cm，每侧布4根25 HRB335钢筋。见下图4所示：图4 腹杆加固设计图（单位：cm）（3） 空腹段上弦杆两侧采用C40混凝土各加宽12.5cm

7、，每侧布8根25 及16 HRB335钢筋。实腹段两侧用C40混凝土各加宽17.5cm，并按受力状况配加固钢筋。见下图5所示：图5 上弦杆加固设计图（单位：cm）2.3.2下部结构为建在岩石地基上的浆砌块石桥台及基础，经现场检测及理论验算，下部结构能满足提载后的要求，不再进行加固处理。2.4桁架拱桥行车道板型梁设计重新更换桥面板，为减少恒载，采用从跨中向两端变截面的无粘结部分预应力混凝土型梁。型梁采用C40混凝土，每片梁配6根钢绞线。钢绞线采用专用BUPC无粘结预应力高强度低松弛钢绞线，标准强度1860Mpa，控制应力con=0.75fpk =1395MPa，预应力张拉形式为后张法，采用一端张

8、拉，张拉时采用双控。见下图6所示：图6 型梁设计图（单位：cm）2.5桁架拱桥加固有限元分析3 桁架拱桥加固施工3.1下弦杆加固施工（1）先将下弦杆顶部凿毛、洒水，以利新老混凝土的良好粘结；（2）安放钢筋；（3）浇筑混凝土，混凝土浇筑必须自拱脚开始，从两端对称向中间进行。3.2 加固实腹段（1） 先将实腹段顶部凿毛、洒水，以利新老混凝土的良好粘结；（2） 安放钢筋；（3） 浇筑混凝土，混凝土浇筑必须自拱脚开始，从两端对称向中间进行。3.3 加固横系梁（1）先将横系梁两侧凿毛、洒水，以利新老混凝土的良好粘结；（2）钻孔，穿钢筋；（3）支模浇筑混凝土；（4）加固横系梁应对称从两端横系梁向中间横系梁

9、进行。3.4 加固腹杆（贴钢板进行加固）（1）将原腹杆两侧混凝土表面清凿平顺，使其坚硬干净；（2）对腹杆裂缝用环氧树脂砂浆液处理；（3）对腹杆按设计位置钻孔并安装膨胀螺栓，埋设必须牢固，具有可靠的抗拔力；（4）按膨胀螺栓孔位尺寸，精确在待粘贴的钢板上钻孔，钢板要求平整无锈；（5）在腹杆表面和钢板表面粘贴面同时涂抹均匀环氧水泥浆，然后及时粘贴在腹杆，拧紧膨胀螺栓，此时，钢板四周如有胶水挤出，证明钢板与腹杆粘贴密实，否则应压浆补灌，确保有效粘贴面在90%以上；（6）钢板与腹杆粘贴强度达到80%以后，在钢板表面涂抹一层环氧水泥胶作防护层，待其干硬后再涂抹一遍水泥净浆，使之与腹杆颜色一致；（7）腹杆加

10、固必须从两端腹杆向中间对称进行加固。3.5加固上弦杆：（1）将原上弦杆表面凿毛、洒水处理，以利新老混凝土的良好粘结；（2）安放钢筋；（3）支模浇筑侧面混凝土，必须从两侧向中间进行；（4）支模浇筑上部混凝土，必须从两侧向中间进行；上述上弦杆、腹杆、下弦杆的加固施工中应注意以下几点：（1）新老混凝土的结合处应凿除原混凝土保护层、洗净后将新老混凝土的箍筋进行焊接，再浇筑新混凝土。（2）需要钻孔插入老混凝土的钢筋，应严格按设计的埋入深度施工，插入钢筋后周围空隙用环氧砂浆塞紧。（3）新浇筑混凝土截面较小，应特别注意养护，以防干裂。3.6预制型梁（1）预制型梁时应采用相应技术措施，保证梁体尺寸的准确性；（2）梁内预应力筋必须严格按设计图纸布置，必须在型梁混凝土强度达到设计强度的90%后才能进行张拉。预应力筋应采用超张拉，张拉程序为：010%con105%con持续5mincon ，张拉时的理论伸长量为6.67mm，张拉时必须采用双控；（3）安装锚垫板时，必须使锚垫板面与钢绞线相垂直；（4）张拉时必须严格按设计图纸中的顺序进行；（5）型梁混凝土的浇筑施工必须一次完成。锚固预应力的锚具必须是类锚具；（