总第２６６期 ２０１４年第５期 交通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ ＮＯ．２６６ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２Ｏ１４ 桁式组合拱桥加固技术研究与应用＊ 张世娟 杜 镔 唐 志 丁作常 凌桂香 （１．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 ５５００８１； ２．山地交通灾害防治技术国家地方联合工程实验室 贵阳 ５５００８１） 摘要根据既有桁式组合拱桥出现的病害和问题，总结了桁式组合拱桥的典型病害特点，结合 工程实例提出了针对病害的加固方法，并对其进行了应用探讨分析。实践证明采用的加固方法可 以达到加固预期效果。 关键词 桁式组合拱桥 病害分析 加固技术 桁式组合拱桥加固技术具有其特殊性，相对 一一定的离散现象，截面应变实际分布情况与设计 般的桥梁加固具有综合技术复杂、加固设计难 度大的特点．现有加固设计规范已不能有效指导 桁式组合拱桥加固设计ｌ１］。西部交通建设科技项 理想状态存在明显差异，截面中箱参与共同工作 的性能较差，实际结构在接缝处非理想刚性连接 的受力情况与设计理想状态的接缝受力特性有明 显差异，截面整体工作性能较差引起构件开裂。 目“桁式组合拱桥病害成因和加固方法”通过对这 种桥型的病害成因研究和现有加固技术研究，提 出了针对桁式组合拱桥的加固方法。 １桁式组合拱桥典型病害特点 根据桥梁调研、现场检测、荷载试验，以及病 害成因分析等结果，桁式组合拱桥的病害主要发 生在上弦、下弦、实腹段、竖杆和斜杆处，表现为构 （３）结构局部构造不合理导致病害。空实腹 交接处是桁式组合拱桥中比较特殊的部位，上、下 弦及实腹段交汇于此，原结构在该处上弦底板、下 弦顶板在此截断，结构存在截面突变，传力构造不 合理，在荷载作用下导致拉应力超过混凝土的抗 拉强度后引起开裂。 （４）复杂应力状态下压弯构件病害。双竖杆 和短竖杆属于弯剪扭构件，上、下两端弯矩最大， 件开裂（见图１）、整体性差，以及接头、接缝质量 不好。具体表现为以下几类。 处于复杂应力状态，在混凝土收缩和荷载作用下 导致拉应力超过混凝土的抗拉强度后引起开裂。 （５）接头、接缝质量差导致病害。桁式组合 拱桥采用分段预制吊装，上弦、下弦、实腹段、竖 杆、斜杆均存在为数不少的接头。调研和检测结 图１桁式组合拱桥典型病害图 （１）强度储备不足引起构件开裂。上弦和实 腹段中箱顶底板、腹板纵向开裂，底缘出现横向开 裂；双竖杆处的下弦顶缘横向开裂；新拱脚处的横 果表明绝大多数桁式组合拱桥的接头、接缝均由 于施工不足存在不同程度的病害，主要表现为：接 头、接缝处混凝土开裂、破碎、空洞、钢筋锈蚀等。 ２桁式组合拱桥的加固技术研究及应用 ２．１花渔洞大桥概况 向开裂等。这些部位均是由于承载能力极限状态 下强度储备不足，正常使用极限状态下拉应力超 过混凝土的抗拉强度后引起开裂。 花渔洞大桥位于贵州省清镇市红枫湖，主桥 （２）结构整体性差引起病害。根据大量检测 结果，实腹段拱顶、空实腹交接处、新拱脚、上弦等 断面的各测点应变实测值与均值偏差较大，存在 ＊交通部西部科技基金项目（２００５—３１８—０００ １７）资助 收稿日期：２０１４ ０５ １０ 桥型为桁式组合拱桥，主孑Ｌ跨径Ｌ一１５０ ｍ，孑Ｌ跨 布置为５×１５ ｍ＋１５０ ｍ＋４×１５ ｍ，拱矢度 ｆ／Ｌ一１／８，桥宽为净一９．０ １ＴＩ＋２×１．５ ｍ（人行 道），全长２９０ ｍ。设计荷载为汽车一２Ｏ级、挂车一 １００、人群３．５ ｋＰａ。由于贵黄公路为贵州省第一 条高等级公路，车辆较多，超载车辆也多，大桥管 张世娟等：桁式组合拱桥加固技术研究与应用 养部门在管养中发现了病害，鉴于病害较为严重 进行改进。实腹段之前加固设计均采用贴碳纤维 （桥梁技术状况等级评为四级），根据多方论证采 用加固设计以保障运营安全。图２为加固完成的 布加固，考虑到实腹段下缘为弧形面，粘贴碳纤维 布的效果并不理想，设计中采取在实腹段下缘粘 花渔洞大桥实景照片。 贴钢板（见图４）保证加固效果；针对实腹段顶板 及腹板开裂病害，对实腹段４道腹板及顶板按一 定间距竖向条状粘贴钢板加固（见图５）的处理措 施；③新拱脚处的加固处理。新拱脚处之前计算 未考虑整体温度影响，没有进行加固，但计算表明 其强度储备不足，设计在新拱脚上缘增大截面并 设置受力钢筋的加固技术措施予以补强；④短竖 ｌ璺ｌ ２加固完成的花渔洞大轿 杆加固处理措施。该桥短竖杆属于弯剪扭构件， 受力复杂。采用对短竖杆提出外包钢板加固（见图 ２．２加固技术及应用 （１）对结构的计算参数进行修正。在计算整 体温度效应时该类桥梁原设计采用圬工拱桥规范 将整体温变折减０．７，不计梯度温度 ２ｊ，根据该桥 ６），使得结构处于三向受力状态，改善短竖杆受力 状况；⑤斜杆加固处理措施。针对该桥斜杆受拉 强度不足，采取在上、下弦节点处设置锚固块，通 过外加预应力进行加固补强．避免了之前加固设 的力学行为特点及研究分析，这种取法不太符合 桥梁实际受力状况。根据研究结论在考虑整体温 变时将不予折减，温度梯度计算参数按现行规范采 用‘ 。另外，在役桁式组合拱桥在设计之初按当时 计采用粘贴碳纤维板难以锚固的缺陷；⑥桥面板 补强措施。针对桥面板横向受力强度不足，在桥 面板下缘粘贴钢板予以加固。 １／２下弦断面（设横向预应力位置 的规范未考虑桥梁的偏载效应和冲击效，应［３＿检测 中发现该类桥梁存在明显偏载效应和冲击效应，因 此提出在加固设计中应结合检测报告取值。 （２）针对各构件的加固补强措施。加固中应 对桁式组合拱桥各构件提出符合其受力特点的加 固补强措施。主要为：①针对下弦强度及刚度不 足，采用增大下弦桁片高度并增设受力钢筋的技 图３下弦外包混凝土增大截面加固（单位：ｃｍ） 术措施（见图３）；②对实腹段加固传统处理方法 ａ）下缘粘贴钢板立面布置图 ｂ）下缘粘贴钢板照片 图４ 实腹段下缘粘贴钢板及粘贴照片（单位：ｃｍ） 【 一‘ 寰＿＿ ．‘ ： ａ）腹板粘贴钢板立面布置图 ｂ）腹板粘贴钢板照片 图５实腹段顶板及腹板粘贴钢板（单位：ｃｍ） 张世娟等：桁式组合拱桥加固技术研究与应用 ２０１ ４年第５期 ａ）短竖杆外包铜板加固立面图（单位：ｃｍ） ｂ）外包钢板 图６短竖杆外包钢板加固 （３）加强桥梁结构整体性…。针对桥梁结构 应力以加强下弦拱圈的整体性；②在实腹段中箱 增设横隔板以加强桥梁的横向整体性，见图７。 整体性差的病害，加固设计采用如下措施以确保 桥梁整体受力的措施：①在下弦通过外加横向预 ２０００ 一 —ｌ ● ————————————————————————盟— 主 跨 由 酗犁 ａ）新增横隔板位置图 心 线 ｂ）增设隔板照片 图７ 中箱增设横隔板（单位：ｃｍ） （４）对空实腹交接处进行加固处理。该类桥 梁空实腹交接处桁片开裂严重，原因是该处上弦 固方法有增大截面加固法、粘贴钢板加固法、￣＇ＦＪＪｎ 预应力加固法、辅助构件加固法等。在项目组共 同努力下，加固工程得以顺利实施。对该桥加固 前后２次荷载检测试验对比分析如下。 （１）结构外观。花渔洞大桥加固前，桥梁构 件开裂严重，多数裂缝宽度超过了０．２ ｍｉＤ．，在采 用对裂缝灌浆封闭并辅以增大截面加固或粘贴钢 板等方法加固后，新增加固材料对原有混凝土起 底板、下弦底板在此截断，结构存在截面突变，不 满足传力需要。提出在该处设置楔形块（见图 ８），使得该位置真正达到刚域效果，保证空实腹交 接处传力均匀过渡，同时也使得实际构造与结构 计算假定相符。 到了封闭甚至套箍作用，约束了裂缝的开展。通 过加固后检测，未发现新增裂缝，说明加固裂缝处 理方法合理可行。 桥梁设计纵坡为双向０．５０，加固后检测桥梁 的桥面纵坡（双向）处于０．５０ ～０．５６％之间，说 图８空买腹交接处楔形块设置不恿图 明桥梁的加固方法保证了桥梁的既有线形。 （２）荷载试验。①加固前在试验荷载作用 下，桥梁的残余变形较大，说明桥梁的整体协调受 力性能较差；加固后在试验荷载作用下，卸载后整 （５）机制砂自密实混凝土应用。由于上弦、 下弦、实腹段下缘及接头、接缝及空实腹交接处新 增楔形块，这些位置加固处理时，施工空间相对狭 小，不便于混凝土施工振捣，故在设计中采用了自 体上挠值回复正常，实测桥跨挠曲变形规律与理 论计算值基本一致，说明桥梁的加固新增材料或 密实混凝土，并结合当地缺乏河砂提出采用机制 砂自密实混凝土并进行了研究应用。 ２．３加固效果评价 花渔洞大桥的加固技术是在经过多次加固方 法综合分析论证后，针对不同部位病害产生原因 和其受力特点采用针对性的加固方法，主要的加 构件能协同受力，保证结构的协同变形，加固方法 切实可行；②加固前在试验荷载作用下，大桥的实 际承载力不能满足试验评定荷载（汽车一１５、挂车一 ８Ｏ、人群一３．５ ｋＰａ）等级正常使用的要求；加固后 在试验荷载作用下，大桥的实际承载力能满足原 总第２６６期 ２０１４年第５期 交通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２６６ Ｎｏ．５ ＯＣｔ．２０１４ 大跨度钢箱梁ＴＭＤ结构设计的关键技术 周世清 （中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司 武汉４３００５０） 摘 要 江苏省崇启长江公路大桥１８５ １ＴＩ跨钢箱梁ＴＭＤ减振系统设计采用了成熟的质量调谐技 术，为国内大跨连续钢箱梁减振史上的首创。文ＯＨ－对大跨钢箱梁ＴＭＤ系统的设计过程，着重阐 述了ＴＭＤ结构设计的关键技术。 关键词 大跨钢箱梁ＴＭＤ减振系统预应力弹簧频率与阻尼比 随着我国经济的快速发展，大跨度桥梁结构 工程越来越多，这些桥梁结构在大风等外荷载的 作用下容易产生较大的振动，给桥梁结构带来较 桥（江苏段）、主桥、北引桥组成。 崇启大桥主桥为多跨连续钢箱梁结构，桥跨 布置为１０２ ｉｎ十１８５ ＩｎＸ４＋１０２ ｍ一９４４ ｍ。主桥 大的安全隐患。因此，对这些桥梁结构进行振动 控制十分必要。调谐质量阻尼器是一种发展成熟 的振动控制系统，减振效果较好，施工相对简 单，常作为控制桥梁结构振动的首选类型ｌ１］。 １ 工程背景 钢箱梁为变高等宽断面，箱梁单幅宽１６．１ ｍ，主 桥总宽３３．２ １ＴＩ，两幅桥间距１ ｍ，顶板设计为 ２５ ０００ ＩＴＩ的竖曲线，底板呈二次抛物线变化，近 引桥一跨箱梁高度从３．５ ｒｎ变化至９ ＩＴＩ，中跨部 分高度从４．８ １ＴＩ变化至９ Ｉｎ，见图１。大桥横桥向 为左右分离的２幅钢构桥，每幅连续钢箱梁总重 量为１０ ８５７．５ ｔ。 崇启长江公路大桥（江苏段）全长４．５４７ ６ ｋｍ（起讫桩号Ｋ３２＋０００～Ｋ３６＋５４７．６），由南引 收稿日期：２０１４—０６—２２ 设计荷载（即试验评定荷载汽车一２０、挂车一１００、人 １ ６８０万元，经济效益明显。该桥的有关加固技术 群一３．５ ｋＰａ）等级正常使用的要求。 ３ 结语 与方法可供同类桥梁加固参考。 桁式组合拱桥是我国发明的一种桥型，随着 参考文献 时间增长出现了不同程度病害，本文结合花渔洞 大桥总结了该类桥梁的典型病害，提出了针对病 害的一些加固技术与方法，这些技术与方法在加 －Ｉ１］贾宁，丁作常，杜 镔，等．桁式组合拱桥加固设 计介绍［Ｊ］．公路交通科技，２０１０（１０）：３９—４３． ［２］贵州省交通科学研究所．桁式组合拱桥调研报告 固过程中都得到了很好应用。该桥已于２０１０年 加固完成并通车，至今运营状况良好，达到了加固 预期效果。花渔洞大桥加固工程历时１年，相对 拆除重建节约时间约一年半，大桥实际加固费用 为８７０万元（其中建安费６３０万元，其他费用２４０ 万元），如拆除重建新桥，工程费用为２ ５５０万元 （其中新建桥梁建安工程费为２ ２００万元，拆除原 ＥＲ］．贵阳：贵州省交通科学研究所，２００５． ［３］贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司．桁 式组合拱桥病害调查和成因研究报告［Ｒ］．贵阳：贵 州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， ２Ｏ１１． Ｅ４３贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司．桁 式组合拱桥病害成因及加固方法研究ＥＲ］．贵阳：贵 州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， ２Ｏ】１． 桥费用２００万元，其他费用１５０万元），节约投资