钢筋混凝土肋拱桥检算论文

钢筋混凝土肋拱桥检算论文

摘要：由本文的结论可以得到，该桥已属于四类桥，业主应及时对该桥采取禁止通行、加固整治等措施，确保桥梁长期运营的安全性、耐久性，延长其使用寿命。

1 引言

自中国最早的石拱桥-隋代赵州安定桥修建以来，拱桥因其跨越能力大、构造简单、易于取材、外形优美等优点成为桥梁的主要结构形式之一。据不完全统计，我国现有桥梁已超过70万座，其中公路拱桥超过公路桥总量的7%，西南地区更是以拱桥为主要的桥梁结构形式。钢筋混凝土肋拱桥是由两条或多条分离的平行拱肋，以及在拱肋上设置的立柱和横梁支承的行车道部分组成，与板拱桥相比，能较多地节省混凝土用量，减轻拱体重量，跨越能力较大。钢筋混凝土肋拱桥在我国修建得较多。比较典型的桥梁有1990年建成的跨径240m 的四川宜宾小南门金沙江大桥、1996年建成的主跨达312m的广西邕宁邕江大桥等[1]。然而，由于交通量的加大、超重超限车辆的破坏作用、自然灾害及桥梁结构本身材料的自然老化等因素，造成了肋拱桥承载能力降低，影响结构的正常使用甚至对人们的生命财产安全造成威胁。因而，对既有钢筋混凝土肋拱桥进行检算分析十分必要。

国内外诸多学者[2-10]对桥梁检测及承载能力评估通过荷载试验、模型及理论分析等手段做了大量研究，并取得了诸多成果。本文结合具体的工程，通过现场检测和有限元计算等方法对钢筋混凝土肋拱桥进行分析，并得到相应结论。

2 检算概述

2.1 检测评定

依据规范[11]对桥梁外观进行检测，包括对上部承重构件、下部结构、翼墙、耳墙、锥护坡、桥面铺装、栏杆、护栏、排水系统、桥头与路堤连接处，拱轴线变形等。除测量、记录和拍摄病害外，对主要上部承重构件裂缝缝宽进行测量。通过外观检测，可以分析桥跨结构现有技术状况，判断桥梁结构能否满足目前使用条件，对本桥结构安全性能提出评估结论，从而确定桥梁加固设计有关尺寸、材料，达到对该桥出做科学、安全、经济加固设计和维修处理的目的。

2.2 计算分析

根据桥梁实际的材料及使用情况，计算分析桥梁的刚度、强度、稳定性等情况，对桥梁结构的安全状况做出评估。本文结合桥梁的结构形式对主拱圈承载力、强度-稳定性及挠度进行了计算。

依据规范[12]矩形截面偏心受压构件的正截面抗压承载力的计算应符合下列规定：

3 实桥分析

3.1 工程概况

某钢筋混凝土肋拱桥建成于1991年，该桥全桥总长110.0m，净跨径80.0m，净矢高10.0m，拱肋为矩形实心截面，宽0.4m，沿横桥向一共布置4片拱肋，每两片拱肋之间净距为1.5m；而沿桥梁纵向呈变截面形式，拱脚高度为1.2m，拱顶高度为0.7m。桥面布置为6.0m

（行车道）+2×1.0m（人行道+栏杆）=8.0m。设计荷载：汽车-20。其立面布置图和断面图如下图1、2所示：

3.2 检算分析

3.2.1 检测分析

依据2.1节外观检测的内容，对该桥的外观进行了现场检测（具体过程略），依据检测的结果，结合规范[11]得到外观检测的结构技术评分如下表1所示：

有规范[11]中评定分类界限，得到全桥结构技术评分35.8评定为四类桥梁，须进行大修。

3.2.2 计算分析

该桥拱肋和立柱设计时采用C40混凝土材料，由于已使用20年，材料的实际强度需根据现场实测值确定，由现场拱肋和立柱的回弹值推算得到，材料的实际强度为26.8Mpa。其拱圈的钢筋型号和布置情况如下图3所示：

根据当地气象情况，取均匀升温13℃，均匀降温15℃进行考虑。其余结构参数及计算参数取值与3.1节和规范[12]保持一致。得到各参数后，建立有限元分析计算模型进行分析，全桥模型立面图如图4所示：

（1）强度分析

由上述模型计算得到各内力后，按照规范[12]进行荷载组合，得到各荷载组合下的强度验算计算结果如图5-8所示（以1#拱肋为例）：

以上4个荷载组合工况的计算分析可以看到，大多数模型计算值超过规范计算的容许值，拱圈不能满足强度的要求。同样的方法验算，其余3个工况（1.2×恒+1.4×车道min+1.12人min ，1.2×恒+1.4×车道min+1.12人min+0.98升温和1.2×恒+1.4×车道min+1.12人min+0.98×降温）作用下的强度，得到各控制截面的钢筋在对应荷载组合下，均不能满足强度要求。

（2）强度-稳定性分析

按照模型计算值和规范值[13]得到各工况下强度-稳定性验算结果如下图所示：

由上图可以看到，强度-稳定性计算值均大于规范的允许值，因为强度-稳定性不能满足要求。

（3）挠度分析

模型计算值和规范[13]值对比分析如下：

对于L/8截面，在荷载短期效应下最大的负挠度（向上）为：1.119cm，最大的正挠度（向下）为：0.276cm，绝对值之和为：1.395cm，小于L/1000=8cm。

对于L/4截面：荷载短期效应下最大的负挠度（向上）为：3.542cm，最大的正挠度（向下）为：0.257cm，绝对值之和为：3.799cm，小于L/1000=8cm。

对于3/8截面：荷载短期效应下最大的负挠度（向上）为：5.022cm，最大的正挠度（向下）为：0.424cm，绝对值之和为：5.446cm，小于L/1000=8cm。

对于拱顶截面：荷载短期效应组合作用下最大的负挠度（向上）为：6.5627cm，最大的正挠度（向下）为：0cm，绝对值之和为：6.5627cm，小于L/1000=8cm。

由以上挠度分析知，该桥挠度不满足规范的要求。

4 结论

由本文对钢筋混凝土肋拱桥的分析可以得到以下主要结论：

（1）由现场检测评定，得到该拱桥为四类桥，需及时进行大修；

（2）该桥主要承重结构拱肋各主要控制截面强度在上述7种荷载组合工况下均不满足承载力要求；

（3）该桥主拱圈拱肋在上述7种荷载组合工况下均不满足整体“强度—稳定”要求；

（4）主拱圈拱肋在短期荷载效应下挠度验算不满足规范要求。

由本文的结论可以得到，该桥已属于四类桥，业主应及时对该桥采取禁止通行、加固整治等措施，确保桥梁长期运营的安全性、耐久性，延长其使用寿命。

参考文献

[1]顾安邦. 桥梁工程[M]. 北京：人民交通出版社. 2000

[2]曾凡奎，张雅维. 基于荷载试验的桥梁残余承载力评价[J]. 青岛农业大学学报：自然科学版， 2013， 30（2）： 142-147.

[3]张建仁，王磊. 既有钢筋混凝土桥梁构件承载力估算方法[J]. 中国公路学报， 2006， 2.19（2）：49-55