下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法

摘要

本发明公开了一种下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法，首先在保证原拱桥拱脚纵向位置不变，在原拱肋的上方安装新拱肋，待新拱肋成型后，在原拱桥的旧吊杆两侧安装新吊杆，采用逐级施加荷载的方法，将原有吊杆索力逐步转移到新吊杆上；依次完成所有新旧吊杆替换后，截断原拱肋的拱圈使之成为静定结构，然后由拱顶向拱脚逐步对称拆除拱圈，完成整体拱桥的加固工作。与传统加固方法相比，本发明加固过程中无需断行，社会效益好；新拱肋矢跨比增大，优化了整体拱桥结构的受力状态，车辆通行能力得以显著提高，拱桥的承载能力显著提高；在原拱桥吊杆两侧布置成双吊杆，便于今后更换吊杆，且改善了吊杆的抗疲劳性能。

权利要求

1.一种下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：保证原拱桥拱脚纵向位置不变，在原拱肋的上方安装新拱肋，待新拱肋成型后，在原拱桥的旧吊杆两侧安装新吊杆，采用逐级施加荷载的方法，将原有吊杆索力逐步转移到新吊杆上；

依次完成所有新旧吊杆替换后，截断原拱肋的拱圈使之成为静定结构，然后由拱顶向拱脚逐步对称拆除拱圈，完成整体拱桥的加固工作。

2.根据权利要求1所述的下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法，其特征在于：所述新拱肋为钢管混凝土拱肋、钢箱拱肋或钢筋混凝土拱肋。

说明书

下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法

技术领域

[0001] 本发明涉及公路和城市道路的桥梁技术，尤其是涉及一种下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法。

背景技术

[0002] 资料显示，公路和城市道路常用的钢管混凝土拱桥的主要病害形式包括拱肋钢管及节点开裂，吊杆及系杆的锈蚀、疲劳破坏，桥面系构件的损坏等。上述病害带来了钢管混凝土拱桥整体承载力及刚度下降，局部构件破损等一系列安全问题。

[0003] 正常情况下，对于钢管混凝土拱桥出现的上述病害，多采用以下传统的加固方法进行解决：

[0004] 1）主拱抗压强度、刚度、稳定不足时，采用外包钢管并填充混凝土、外包钢筋混凝土或增设套拱等增大截面法进行加固，缺点是利用该方法对拱肋进行加固时，会增大拱肋自重，影响结构的景观效果；

[0005] 2）系梁抗拉强度不足时，采用粘贴纤维复合材料加固，该方法虽然可以限制裂缝发展及对不合格焊缝补强，但是仅限于局部加固或补强；

[0006] 3)悬吊系统承载力不足时，通过更换吊杆进行加固，该方法可以解决吊杆的锈蚀及疲劳破坏问题，但是在更换吊杆的过程中，需要中断交通，给道路的正常使用带来了不利影响。

[0007] 同时，上述传统的加固方法均只能提高构件的承载力，解决构件的破损问题，对拱桥整体承载力及刚度的提高作用不明显。而伴随着社会经济的迅猛发展，我国交通事业出现了重载、高速、大流量的运输结构特征，已建成的钢管混凝土拱桥整体承载力及刚度不足的问题将会给城市和公路交通的发展带来巨大问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于针对下承式钢管混凝土拱桥整体承载力及刚度不足问题而提供的一种整体加固方法。

[0009] 为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

[0010] 本发明所述的下承式钢管混凝土拱桥的整体加固方法，是按照下述步骤进行的：保证原拱桥拱脚纵向位置不变，在原拱肋的上方安装新拱肋，待新拱肋成型后，在原拱桥的旧吊杆两侧安装新吊杆，采用逐级施加荷载的方法，将原有吊杆索力逐步转移到新吊杆上；
依次完成所有新旧吊杆替换后，截断原拱肋的拱圈使之成为静定结构，然后由拱顶向拱脚逐步对称拆除拱圈，完成整体拱桥的加固工作。

[0011] 所述新拱肋为钢管混凝土拱肋、钢箱拱肋或钢筋混凝土拱肋。

[0012] 本发明的加固方法与传统加固方法相比，其优点主要体现在如下几个方面：

[0013] 1）加固过程中桥上道路无需断行，社会效益好；

[0014] 2）与旧拱肋相比，新拱肋矢跨比增大，拱肋各控制截面的轴力和弯矩减小，优化了整体拱桥结构的受力状态，车辆通行能力得以显著提高；

[0015] 3）由于加固后拱桥的矢跨比增大，恒载作用下原系梁轴拉力减小，车辆荷载下系梁的疲劳应力幅降低，系梁的安全度显著提高，拱桥整体的承载能力显著提高；

[0016] 4）加固后在原拱桥的吊杆两侧布置成双吊杆，便于今后更换吊杆，可在不中断交通或短暂封闭交通下逐根进行，无需额外的临时措施，对桥梁运行影响较小，而双吊杆体系的加入对于改善吊杆抗疲劳性能更为有利；

[0017] 5）相较于传统的拱肋外包混凝土加固方法，本发明的加固方法满足了桥梁景观的需要。

附图说明

[0018] 图1、图2、图4、图5、图6是本发明方法的施工示意图。

[0019] 图3是图2中拱四分之一跨处的截面图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图，对本发明的加固方法做进一步详细的说明。

[0021] 第一步，首先根据实际工程需要，选用符合要求的拱肋结构（钢管混凝土拱肋、钢箱拱肋或钢筋混凝土拱肋）及其对应的施工方法，如缆索吊装法（较为适合于钢管混凝土拱肋和钢箱拱肋），悬臂浇筑法（较为适合于钢筋混凝土拱肋），转体施工法（适合于所有拱肋形式），劲性骨架法（较为适合于钢筋混凝土拱肋），在原拱肋1的上方完成新拱肋2的架设工作，如图1所示；

[0022] 第二步，首先对旧吊杆3的索力和桥面标高进行测试或测量，然后在旧吊杆3的两侧对称安装一对新吊杆4，同一截面处的新吊杆4的桥面锚固系统5应以原桥中系梁6对称，如图2、图3所示；采用逐级加载（释放）的方法，将旧吊杆3上的索力逐步转移到新吊杆4上：为确保桥面不会因此出现大的应力变化，将索力设计值分为多级，逐级施加到新吊杆4上，相应的逐批切断旧吊杆3（新吊杆的张拉与旧吊杆的切割交替进行），如图4所示；在索力转换的全过程中，应注意跟踪监测索力和更换吊杆所在处的高程变化情况以及关键截面（一般指八分点、四分点和跨中点）处的应力变化情况，观察桥面有无裂缝产生，同时还应进行临近点桥面标高的测量，以判断是否需要调整索力；再依次按照预先设计的替换顺序进行拱肋其他吊杆的替换，形成如图5所示的结构；

[0023] 第三步，在旧吊杆3被新吊杆4完全替换后，在原拱肋1的拱顶采取安全措施，控制拱圈截断面的内力和位移，以免在拱顶打开瞬间产生上下、左右错动，或产生突然崩开或重新抵死的现象，如可通过调整千斤顶的顶撑力，使得拱顶截面理论内力值为零或接近零，然后一次性截断全拱圈使之成为静定结构，然后再由拱顶向拱脚逐步对称拆除拱圈，完成拱肋的替换工作，加固后的拱桥如图6所示。

[0024] 加固后拱桥的跨径未变，矢高增加，矢跨比增大，以三铰拱为例，假设拱肋跨径为，矢高为 ，拱肋上承受均布荷载 ，易得其拱脚水平推力为 。以主拱拱肋矢跨比从1/5变化至1/6为例，具体分析拱脚水平推力的变化：设 =10KN/m，=100m，当矢跨比 为1/6时，其水平推力 为2250KN，当矢跨比 为1/5时，其水平推力 为1875KN，拱脚水平推力随矢跨比增大的变化过程见下表：

[0025]。

[0026] 从表中数据可以看出，当跨径一定时，拱脚的水平推力随着矢跨比增大而减小，相对应的，系杆拱的系梁其轴拉力也随之显著减小。