剛架拱橋加固前后橋梁荷載試驗(yàn)對(duì)比
2015-07-06
“超載現(xiàn)象”一直是我過拱橋建筑普遍存在的問題,這帶來的直接影響是導(dǎo)致裂縫出現(xiàn),如果拱橋斜腿與橋面相交處出現(xiàn)裂縫,其后果更加嚴(yán)重。為了準(zhǔn)確地判定拱橋的靜載荷能力,筆者通過實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行了詳細(xì)地分析。
一、維修加固方法
在對(duì)剛架拱橋病害進(jìn)行處治之前，首先要進(jìn)行橋梁檢查，必要時(shí)要進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)，以掌握結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況和安全狀態(tài)，分析病害的原因及嚴(yán)重程度，以便從安全、經(jīng)濟(jì)、適用等方面綜合考慮是否進(jìn)行維修加固。采取相應(yīng)的處治措施，以確保處治得當(dāng)，施工安全。 剛架拱橋的維修加固主要從基礎(chǔ)、斜桿拱腳處、弦桿、橫向聯(lián)系、橋面系等方面進(jìn)行。
1.橋梁基礎(chǔ)的維修加固
對(duì)于基底局部沖空的重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)，應(yīng)采取圍堰施工，對(duì)沖空部分進(jìn)行混凝土填塞，并增大基礎(chǔ)的平面尺寸，提高基礎(chǔ)的承載能力。在新填混凝土與原基礎(chǔ)間預(yù)留壓漿管道，壓注水泥漿使其密實(shí)。如果基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫，則應(yīng)采用環(huán)氧樹脂砂漿予以封堵。
2.斜桿拱腳處橫向裂縫的維修加固方法
因橋臺(tái)、墩基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，使拱腳處出現(xiàn)的裂縫已基本穩(wěn)定，不再發(fā)展?？刹捎铆h(huán)氧樹脂灰在其兩面或三面粘貼鋼板的方法進(jìn)行維修加固，加固時(shí)首先將構(gòu)件混凝土鑿毛。
3.弦桿的維修加固
對(duì)于弦桿強(qiáng)度不足及開裂的情況，應(yīng)對(duì)弦桿進(jìn)行整體加強(qiáng)，弦桿的加固通?？刹捎灭そY(jié)鋼板法、粘貼碳纖維布法、混凝土擴(kuò)大截面法并適當(dāng)增加配筋數(shù)量。當(dāng)弦桿損壞嚴(yán)重時(shí)，可在原弦桿下增設(shè)新的弦桿進(jìn)行加固，該加固法可保證新設(shè)弦桿與原弦桿共同受力，從而提高橋的承載能力。
4.橫向聯(lián)系的維修加固
因剛架拱橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，橫向聯(lián)系薄弱而不能適應(yīng)交通量或重載交通時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)全橋的橫向聯(lián)系系統(tǒng)進(jìn)行整體加固。一方面可采取加大截面法加固橫拉桿和橫系梁，同時(shí)還應(yīng)適當(dāng)增加全橋的聯(lián)系桿件，如橫系梁。
?。?）加大截面法。加大橫系梁、橫拉桿截面，先要進(jìn)行加筋的焊接處理，要鑿開節(jié)點(diǎn)處的鋼筋保護(hù)層將需要增加的鋼筋按設(shè)計(jì)焊接到接點(diǎn)處。采用吊模法澆注砼上，混凝土中應(yīng)適當(dāng)摻加膨脹劑。
?。?）橫系梁的施工應(yīng)采用預(yù)制安裝即掛籃施工，流水作業(yè)的方法，其重點(diǎn)是濕接頭的施工。濕接頭施工包括接頭鋼筋的焊接和混凝土的澆注兩個(gè)方面。接頭鋼筋焊接主要是剛架拱節(jié)點(diǎn)處鋼筋保護(hù)層的鑿除要慎重，既要露出鋼筋便于焊接，更要注重不要鑿的太深、太長(zhǎng)，防止損傷桿件。拆模時(shí)要對(duì)濕接頭砼土及時(shí)進(jìn)行維修和養(yǎng)生，確保接頭砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
橋面微彎及鋪裝層裂縫破碎的維修加固因微彎板混凝土強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的橋面鋪裝層裂縫、破碎，應(yīng)撤換微彎板和鋪裝層；因橋面鋪裝層、砼強(qiáng)度低而微彎板尚未換壞產(chǎn)生的橋面裂縫可撤換鋪裝層，為適應(yīng)現(xiàn)今大交通量和重載交通要求，采用鋼纖維鋼筋砼或者聚丙烯纖維剛架混凝土加固橋面系的方法，簡(jiǎn)易可靠，可大幅增強(qiáng)橋面系的整體抗載抗裂能力，效果顯著。設(shè)計(jì)時(shí)橋面鋪裝層的布筋也要適當(dāng)增加。
伸縮縫損壞的維修方法設(shè)置簡(jiǎn)易伸縮縫裝置及不設(shè)伸縮縫裝置的剛架拱橋已不能適應(yīng)現(xiàn)在交通安全的需要，因此采用型鋼伸縮縫裝置或鋼板伸縮縫裝置改造剛架拱橋伸縮縫簡(jiǎn)便可靠。特別是與橋面鋪裝同時(shí)改造效果更加明顯，即采用伸縮縫混凝土與鋪裝層砼統(tǒng)一澆注的方法一次成型，不存在斷縫（施工縫），整體性強(qiáng)，嚴(yán)整度好，行車舒適。（1）采用型鋼或鋼板伸縮縫裝置改造剛架拱橋伸縮縫時(shí)要注意兩點(diǎn)：一是錨固鋼筋的埋置要牢固，不能松動(dòng)。二是混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要適當(dāng)提高并確?，F(xiàn)澆砼的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（2）如與橋面鋪裝層同時(shí)改造時(shí)，伸縮縫砼的澆筑應(yīng)與橋面鋪裝層同時(shí)進(jìn)行，即采用整體澆筑，一次成型工藝施工，先將型鋼或鋼板裝置按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)安裝就位，然后與橋面鋪裝層同時(shí)立模，澆筑纖維砼。
二、各類建模與實(shí)驗(yàn)的比較
本次計(jì)算研究筆者采用的是ANSYS有限元軟件三種建模方式,先將相關(guān)建模方式所處詳細(xì)地闡述和比較。
1、荷載建模
模型一,只考慮由拱腿,不考慮橋面板和橋面鋪裝。計(jì)算過程中整個(gè)拱橋都運(yùn)用BEAM4單元來模擬,包括了拱橋的剛度和結(jié)構(gòu)都考慮在內(nèi)。其步驟是,先將作用在橋面上的汽車荷載換算成等效的荷載施加到拱肋上,然后建立圖平面桿系模型,計(jì)算出相應(yīng)的單位力作用。
模型二,由拱腿組成的空間桿系模型。同樣使用BEAM4單元進(jìn)行模擬,此類模擬的重點(diǎn)對(duì)象是橫橋向的剛度,拱橋的橋面板是沿橋面橫向傳遞力的一種拱橋面板和單向板的車輛荷載在橋面上的位置則要根據(jù)其際作用的大小而定,這樣和理的安排才會(huì)起到作用。
模型三,用BEAM4單元模擬拱腿組成的空間桿系模型。這種模擬方法的對(duì)象是拱橋的橋面板,借助于殼單元SHELL63進(jìn)行仿真模擬。這一過程不需要顧及到橋面鋪裝,這事因?yàn)樗鼘?duì)荷載橫向分布不會(huì)造成影響。
通過以上三種模型進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn),三種模型的實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果相差不大,都能比較準(zhǔn)確地計(jì)算出剛架拱橋的影響線系數(shù),將拱橋的荷栽橫向分布系數(shù)誤差控制到很小
2、荷載試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)內(nèi)容。依照建筑行業(yè)的相關(guān)規(guī)定以及我國(guó)交通部門的試行規(guī)定,加上拱橋的自身特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的荷載實(shí)驗(yàn)。本次試驗(yàn)筆者的主要對(duì)象是靜載荷試驗(yàn),測(cè)試的主要對(duì)象包括:跨中截面,即斜腿與跨中之間中點(diǎn)的截面;腳截面,即斜腿支座附近截面等位置的應(yīng)變值。
(2)試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)被測(cè)試的車最終測(cè)出的應(yīng)變值情況可以得到正應(yīng)變,接著按照應(yīng)變積計(jì)算出該截面的彎矩,再根據(jù)彎矩計(jì)算出線系數(shù),最終得到的拱橋荷載的橫向分布系數(shù)。各種方法算出的在跨中截面位置的荷載橫向分布系數(shù)與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
3、試驗(yàn)建議
工程技術(shù)人員和檢測(cè)人員在進(jìn)行剛架拱橋荷載橫向分布的相關(guān)計(jì)算時(shí),一般情況都將出現(xiàn)塑性鉸這一現(xiàn)象排除在外,這主要是因?yàn)樵谑褂脧椥灾С羞B續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算時(shí)都會(huì)過高地估計(jì)了橋面板的連續(xù)性,排除出現(xiàn)塑性鉸就是為了彌補(bǔ)這一不足。另外,在實(shí)際的試驗(yàn)計(jì)算中要想做到偏心壓力法事十分困難的,這事因?yàn)樾枰俣M隔梁無限剛性,這個(gè)是無法實(shí)現(xiàn)的。筆者建議在計(jì)算過程中采取推力體系比擬板法,因?yàn)檫@種方法中限元模型把整體作用考慮在內(nèi),因而最終的計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際情況比較相似。
三、大跨度空間結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)
目前在大跨度空間結(jié)構(gòu)中,常用的計(jì)算機(jī)高架拱橋施工技術(shù)有GPS定位技術(shù)、結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
1、整體提升法。將網(wǎng)架或桁架在地面拼裝好后利用整體提升法將起重設(shè)備在網(wǎng)架活桁架上面,通過吊桿活鋼絞線與網(wǎng)架活桁架的支座相連逐步升到設(shè)計(jì)標(biāo)志。提升點(diǎn)設(shè)在網(wǎng)架或桁架附近,提升設(shè)備可用千斤頂。
2、高空散裝法。將網(wǎng)架的全部桿件和節(jié)點(diǎn)逐一提升到高空后一次性拼裝完成,此種方法只需要搭建大量的支架。還可以將預(yù)先在地面上將網(wǎng)架制作成椎體活平面桁架形式的小拼單元并組成一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng),最后將小拼單元按規(guī)定的順序逐漸延伸后拼成整體。
3、高空滑移法。將平面單元分為條段的結(jié)構(gòu)單元后在滑軌上滑移到設(shè)計(jì)位置,最后拼接成整體的安裝方法。在第一個(gè)拼裝單元拼裝完畢后,將其下落至滑移軌道上,與牽引設(shè)備向前滑移一段距離。再安裝第二個(gè)單元,拼好后連同之前的拼裝單元一起向前滑移。
4、分塊安裝法。在單元連接處設(shè)量一些支架,把網(wǎng)架從平面分割成幾個(gè)條狀或塊狀單元,每個(gè)單元先在地上拼裝好后用起重機(jī)吊到高空就位連成整體。這種施工方法需要很大的起重設(shè)備,起重設(shè)備的能力決定了條狀的大小,適用于網(wǎng)架跨度、剛度、受力改變較小的鋼架。
綜上所述,要想弄清楚大跨度剛架拱橋的荷載橫向分布情況,需要進(jìn)行多方面的計(jì)算和總結(jié),在計(jì)算過程中技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)拱橋的實(shí)際情況展開工作,這樣才能保證最終的結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。
