分享

基于增大截面法加固的圬工拱桥承载力分析

 GXF360 2019-09-21

引言

拱桥在我国有着悠久的历史。在古代桥梁中,主要桥型为石拱桥,无论在山谷、丘陵或者平原,至今仍存在各种风采的石拱桥。圬工拱桥由于取材方便、价格便宜、施工工艺成熟、施工风险小等原因,曾被大量选用建设。但是由于交通量不断增长、超载现象屡禁不止、旧桥选用的建设标准低、自然条件下的风化损坏、管养不及时等等原因,使得在役石拱桥不同程度的存在安全隐患,影响石拱桥的安全性能,危及行车安全[1-2]。若是盲目的拆毁重建,不仅会用到大量的人力、物力、财力,造成资源严重浪费。应该根据桥梁不同程度的病害情况,选择合适的加固方法,提高桥梁承载力。

目前,常用的圬工拱桥加固方法有增大截面法、改变结构体系法以及体外预应力加固法等[3-5]。其中增大截面法应用最为普遍,其原理是通过新增拱圈截面,利用活载按刚度分配的原则,分担拱桥的汽车荷载,已达到提升整体承载力的效果[6]

以体积占比φ=0.048为几何约束条件,取微通道结构半径RR=19.5mm、热沉的总体积V=5652mm3、微通道的高度h为0.3mm。微通道分支数取n=3、4、6、8研究圆心回流式微通道圆盘热沉构形设计中的应力与形变问题。

1 工程概况

单跨实腹式圬工拱桥经现场实测全桥长27.8 m,宽4.0 m,桥面布置为:0.65 m(护栏)+2.70 m(行车道)+0.65 m(护栏),主拱圈净跨10.0 m,净矢高2.0 m,厚度0.58 m,宽4.0 m,拱顶填料高0.25 m。根据现场线形检测数据,该桥为弯桥。见图1。

图1 实桥概貌

2 病害分析及处治

2.1 病害情况

由于该桥未留下完整设计、竣工资料,因此对该桥进行了实地检测。发现该桥在使用过程中主要存在的观病害(以龙门滩到大树小学为检测前进方向):(1)龙门滩方向上游侧侧墙严重外倾;(2)上游侧拱顶侧墙局部破坏,见图2。

图2 病害分布

根据《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011)中公路桥梁技术状况评定方法和标准对本桥技术状况进行评定,进计算全桥技术状况评分为75,技术状况等级为3级,应进行大修。

2.2 病害成因分析

(1)龙门滩方向上游侧侧墙严重外倾是因为拱桥桥面渗水,拱上填料遇水膨胀,增大了横向推力。(2)上游侧拱顶填料局部破坏是由于施工质量不良导致的。

根据实地勘察主拱圈未出现明显外观病害,为确保桥梁满足现行交通需求,按照公路—Ⅱ级荷载对旧主拱圈进行承载力验算,结果表明:旧主拱圈部分截面承载力不足,故需要通过加固旧主拱圈提高全桥承载力。

2.3 加固设计要点

(1)主拱圈加固。为了提高原桥的承载力,主拱圈采用U型套箍法进行加固处理,主拱拱腹加固层厚度为22 cm,拱圈两侧加固层厚度为10 cm。主拱圈加固层均采用C40混凝土,为提高钢筋混凝土强度、刚度及耐久性能,按混凝土质量的1.5%掺入减水率大于25%的高效减水剂。该项技术的关键在于新增设的钢筋混凝土加固层能否与原结构共同受力、协调变形,因此要求施工时严格按有关规范以及本设计所提出的注意事项和要求执行。(2)龙门滩方向16 m范围内两侧侧墙局部更换。根据原桥现场检测结果可知,龙门滩方向上游侧侧墙严重外倾,上游侧拱顶侧墙局部破坏。因此需要对该范围的两侧侧墙进行局部更换。

3 桥梁承载能力检算

3.1 结构抗力计算

结构抗力计算及相关参数取值,按照JTG D61-2005《公路圬工桥涵设计规范》规定,荷载效应组合值应小于结构抗力效应值:

式中:r0—为结构重要性系数,一、二、三级设计安全等级分别取1.1,1.0,0.9;Nd—为轴向力设计值;A—为构件截面面积(组合截面按强度比换算);—为石砌体轴心抗压强度设计值;—为构件轴向力的偏心距e和长细比对受压构件承载力的影响系数。

当偏心距e超过JTG D61-2005《公路圬工桥涵设计规范》规定的限值时,构件承载力:

式中:W—为构件受拉边缘的弹性抵抗矩(组合截面按弹性模量比换算);ftmd—为构件受拉边层弯曲抗拉强度设计值。

结构抗力需按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTGT J21-2011)确定检算系数Z1以及截面折减系数ξc

为寻求江南雨季降水的预测信号,利用时滞相关的方法,来确定暖池热含量影响JRS降水的关键区和关键时段。本文将江南雨季(1961—2010年)对应年份的前一年称为上年,对应年份当年简称为当年。

求知欲主要表现为对学习、了解、掌握新知识的渴望.“串联式”实践教学活动从多个途径创设学生自主学习的平台,增加了学生的参与度,活跃了学习氛围.在面对各种临床复杂情景时,护生不断发现自己知识的局限性,从而激发了他们的求知欲和学习热情.在“串联式”教学活动中“动”、“静”结合,如床边病例分析讨论后形成护理病历,在非经典PBL教学查房后进行概念图的练习,不仅能将所学理论知识运用于实践,将新知识与原有知识进行有意义的连接,而且有利于培养学生良好的思维习惯,提高分析、总结和归纳的能力,从而增强评判性思维的自信心[6].

式中:S—荷载效应函数;R(·)—抗力效应函数;fd—材料强度设计值;ad—结构的几何尺寸。

目前,南海航海保障中心已启动海区MF-DSC电路改造工作,计划于2018年底完成并正式启动广州通信中心统一值守海区MF-DSC电路工作。

3.2 有限元模型模型建立

桥梁采用Midas Civil进行建模计算分析,有限元模型见图3。几何参数采用现场实测值,主拱圈拱轴线形为全站仪实测线形。新旧拱圈单元形成刚臂单元,被连接的两个节点具有相同的自由度。

图3 有限元模型

3.2.1 基本参数取值

信息化时代的步入,企业财务管理人员应该转变财务管理理念,追随时代潮流,坚持以人为本的管理观念。人是一切活动的执行者,在实际的财务管理工作中,企业应注重人的作用,加强以人为本的理念,财务管理人员应该充分地发挥主观能动性,推动企业财务管理工作的发展,继而为企业发展提供有价值的助力。另外,会计信息化存在于变化多端的网络环境中,存在较大的风险性,为此,企业经营者树立风险理财观念,能够预测防范企业面临的各种财务风险,进一步使得企业风险降低。

用户层是智慧交通管理系统的主要应用单位及个人,主要包括政府部门、行业管理人员、企业、社会公众等,为他们提供多元化的交通信息服务.

模型几何参数采用现场实,材料参数取值依据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中相关规定,主拱圈砌体材料为块石MU50,砂浆M10,轴心抗压强度设计值为5.005 MPa,弯曲抗拉强度设计值为0.086 MPa,弹性模量为22 000 MPa,结构重要性系数取1.0。

3.2.2 承载力验算结果

表1列出了该桥在恒载及公路-Ⅱ级汽车荷载组合作用下,主拱圈加固前控制截面(拱脚、L/8/、L/4、3L/8、拱顶)的内力分析验算结果,可以看出,加固前,主拱圈拱脚、3L/8、拱顶截面偏心距超过容许偏心距,承载力不满足要求。表2列出了该桥在恒载及公路-Ⅱ级汽车荷载组合作用下,主拱圈加固后控制截面的内力分析验算结果,可以看出,采用C40钢筋混凝土增大截面加固技术进行处理后,原桥主拱圈各控制截面均满足使用要求,原桥承载力得到有效的提高。

表1 加固前原拱圈承载能力验算结果(基本组合1.2×恒载+1.4×活载)

截面位置 受力状况 轴力(kN) 弯矩(kN·m)偏心距(mm)偏心距限值(mm) 是否超限 截面抗力(kN)折算抗力(kN)富余量(%)拱脚截面轴力最大 -1 510.32 -106.49 70.51 171.22 否 -9 862.46 -9 502.44 84.11弯矩最大 -1 815.10 61.32 33.78 171.22 否 -11 157.36 -10 789.34 83.18轴力最小 -1 971.30 -93.69 47.53 171.22 否 -10 745.74 -10 379.26 81.01弯矩最小 -1 833.46 -318.22 173.5 171.22 是 - - -1/8截面轴力最大 -1 193.35 -27.72 23.23 171.22 否 -11 392.33 -11 023.86 89.17弯矩最大 -1 262.83 89.18 70.62 171.22 否 -9 857.78 -9 497.81 86.70轴力最小 -1 653.5 -101.93 61.64 171.22 否 -10 225.43 -9 862.23 83.23弯矩最小 -1 640.79 -106.62 64.98 171.22 否 -10 091.50 -9 729.39 83.14 1/4截面轴力最大 -1 064.06 5.26 4.94 171.22 否 -11 601.49 -11 232.89 90.53弯矩最大 -1 266.9 206.25 162.80 171.22 否 -5 909.79 -5 624.72 77.48轴力最小 -1 510.98 -52.39 34.67 171.22 否 -11 134.11 -10 766.16 85.97弯矩最小 -1 431.99 -102.1 71.30 171.22 否 -9 829.03 -9 469.35 84.88 3/8截面轴力最大 -1 012.33 44.29 43.75 171.22 否 -10 869.43 -10 502.39 90.36弯矩最大 -1 338.3 258.7 193.3 171.22 是 - - -轴力最小 -1 437.53 92.66 64.46 171.22 否 -10 112.73 -9 750.44 85.26弯矩最小 -1 288.04 -34.33 26.65 171.22 否 -11 324.63 -10 956.26 88.24 1/2截面轴力最大 -998.77 58.43 58.50 171.22 否 -10 348.20 -9 984.09 90.00弯矩最大 -1 383.86 268.37 193.9 171.22 是 - - -轴力最小 -1 412.55 264.11 186.9 171.22 是 - - -弯矩最小 -1 164.6 27.09 23.26 171.22 否 -11 391.72 -11 023.26 89.44

表2 加固后原拱圈承载能力验算结果(基本组合1.2×恒载+1.4×活载)

说明:1.富余量=(1-|Nj/Nu|) ×100%;富余量<0%表示承载力不满足要求;2.表中“-”表示该截面偏心距超过容许偏心距,承载力无法满足要求。

截面位置 受力状况 轴力(kN) 弯矩(kN·m)偏心距(mm) 值(mm) 是否超限 截面抗力(kN)偏心距限 折算抗力(kN)富余量(%)拱脚截面1/8截面1/4截面3/8截面轴力最大 -2 383.40 -180.36 75.67 171.22 否 -9 641.83 -9 284.10 74.33弯矩最大 -2 848.13 -55.55 19.50 171.22 否 -11 456.15 -11 087.62 74.31轴力最小 -2 864.41 -59.43 20.75 171.22 否 -11 436.02 -11 067.51 74.12弯矩最小 -2 391.17 -183.05 76.55 171.22 否 -9 603.77 -9 246.47 74.14轴力最大 -2 070.95 -76.63 37.00 171.22 否 -11 070.89 -10 703.11 80.65弯矩最大 -2 282.82 -29.044 12.72 171.22 否 -11 544.94 -11 176.35 79.57轴力最小 -2 464.81 -32.656 13.25 171.22 否 -11 539.35 -11 170.76 77.94弯矩最小 -2 197.68 -103.41 47.06 171.22 否 -10 761.60 -10 395.04 78.86轴力最大 -1 870.96 -8.282 4.43 171.22 否 -11 603.49 -11 234.89 83.35弯矩最大 -2 302.31 71.56 31.08 171.22 否 -11 224.78 -10 856.60 78.79轴力最小 -2 406.82 68.438 28.43 171.22 否 -11 286.08 -10 917.78 77.95弯矩最小 -1 923.74 -30.332 15.77 171.22 否 -11 509.53 -11 140.96 82.73轴力最大 -1 786.64 96.426 53.97 171.22 否 -10 518.64 -10 153.40 82.40弯矩最大 -2 312.62 180.622 78.10 171.22 否 -9 536.21 -9 179.67 74.81轴力最小 -2 367.95 178.872 75.54 171.22 否 -9 647.61 -9 289.82 74.51弯矩最小 -1 835.55 81.684 44.50 171.22 否 -10 845.45 -10 478.51 82.48轴力最大 -1 765.21 142.888 80.95 171.22 否 -9 411.40 -9 056.35 80.51弯矩最大 -2 346.95 224.508 95.66 171.22 否 -8 752.84 -8 407.00 72.08轴力最小 -2 367.60 223.5 94.40 171.22 否 -8 809.71 -8 462.98 72.02弯矩最小 -1 813.60 134.586 74.21 171.22 否 -9 704.92 -9 346.51 80.60 1/2截面

4 结语

(1)经现场检查,该圬工拱桥技术状况等级为3级,即存在较大病害,应进行大修。同时经过试算,现阶段承载力没法满足行车要求,需进行承载力加固;(2)通过计算可知,加固前,主拱圈拱脚、3L/8、拱顶截面偏心距超过容许偏心距,承载力不满足要求。采用C40钢筋混凝土增大截面加固技术进行处理后,原桥主拱圈各控制截面均满足使用要求,说明达到承载力提高的目的;(3)另外,由于只更换部分侧墙,因此主拱圈在拆除拱上建筑过程中所受荷载不对称,施工难度比较大,危险系数相对较高,拆除及重建过程中应设置专人负责观测、检查各部位情况。

参考文献:

[1]陈皞,阎路.浅谈桥梁加固技术的应用[J].科技资讯,2009(25):48.

[2]石飞,周建庭,莫喜晶等.肋拱桥关键截面箱型转换加固技术试验研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2009,28(4):664-667.

[3]周建庭,黎小刚,屈建强等.复合主拱圈加固石拱桥力学性态分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2010,29(6):849-903.

[4]姚美英.桥梁加固的几种常见的方法[J].科技信息,2007(21):127.

[5]周磊,周建庭,黄灿,张力文,孙伊圣.复合主拱圈加固石拱桥关键技术研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2011,30(4):747-750.

[6]黄海东,向中富,刘剑锋等.基于组合截面内力分配的拱桥加固内力计算方法[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2008,27(2):200-203.

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多