双曲拱桥的病害原因分析及加固技术研究

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1、双曲拱桥的病害原因分析及加固技术研究1绪论1.1双曲拱桥的诞生及发展历程二十世纪六十年代，新中国刚成立不久，百废待兴，我国的经济增长缓慢，尤其是大跃进和三年自然灾害之后，国民经济遭到了严重破坏，建筑材料的贫乏和建设资金的不足使中国的交通建设陷入了困境_。在此历史背景下，经济适用便顺其自然的成为桥梁建设的指导思想，而用料省、施工便捷、可就地取材的污工拱桥成为公路桥梁的首选。也正是在这特定的历史背景下，江南水乡无锡县的农桥队队员苏松源从民间砖彻双曲墓穴的拱圈中得到启示，在石拱桥的结构基础上，巧妙运用装配式钢筋混凝土桥梁的施工经验，采用预制钢筋混凝土小换助和拱

2、波，在组拼起来与现烧混凝土拱板形成拱圏，于1964年在江苏省无锡县东亭小河上建起了我国第一座双曲拱桥一一东拱桥如图1-1所示。这座拱桥是一座可通行手扶拖拉机的农用桥，由三助两波组成，全长仅9m。双曲换桥为我国的桥梁建设事业掀开了新的一页。此后，这种新型拱桥迅速发展起来。1968年建成的河南省嵩县前河大桥是目前国内最大跨径的钢筋混凝土双曲拱桥（跨度名列亚洲第一，世界第三），如图1-2所示，该桥拱轴为悬链线，单孔净跨径150m，矢跨比1/10，桥面净宽7.5ra。其后，跨度116m的湖南省罗依溪大桥、全长1250m的湖南长沙湘江公路大桥、长1041m的浙江兰

3、溪县兰江大桥等著名双曲拱桥相继建成。著名的南京长江大桥南此两端共有22孔（南端18孔，；ik端4孔）总长700多米的引桥，全部是双曲拱桥。1967年一1978年间国内修建了许多著名双曲拱桥。.1.2双曲拱桥的构造特点双曲拱桥一般由主拱圈、拱上建筑（包括腹拱缴、腹拱圏、实腹段和桥面系）和下部桥墩、桥台以及防护结构等组成（图1-4)下部结构多为架彻片石玲工实体，且因地制宜、就地取材，因而结构形式多种多样。双曲拱桥主拱圏由拱助、拱波、拱板及横向联系几部分组成m]。双曲拱桥因拱圏在纵、横两个方向均呈弧形曲线而得名主拱圏的主要特点是化整为零，再集零为整以适应无支架

4、或少支架施工且无大型起重设备的情况.施工时，先将主拱圏划分为拱助、拱波、拱板及横向联系几个部分，在施工现场或者工厂预制拱助、拱波及横向联系，即化整为零。待预制构件达到设计规定的强度后，首先用中、小型起重设备吊装钢前混凝土拱助，根据设计拱轴线合龙成拱，再采用横向联系构件将各拱助连成拱形框架，然后在拱助间安装拱波，随后现绕混凝土拱板，形成主拱圏，即集零为整。根据桥梁跨後和宽度以及使用百的不同，主拱圈可设计成单波、多波、悬半波等断面形式，如图1-5所示。有的大跨径双曲拱桥采用高低拱助配合双层拱波的组合形式，以取得较大的断面高度和惯性矩。..2双曲拱桥的常见病害

5、及原因分析2.1双曲拱桥常见的病害双曲拱桥主要由主棋圏、棋上建筑、桥面铺装和桥梁墩台等组成。根据病害出现的部位不同，双曲拱桥的病害可以分为主拱圈病害、拱上建筑病害、桥面铺装病害和桥梁下部结构病害等类别,主要表现在以下几个方面。拱助病害主要表现在跨中拱助下缘开裂和拱脚上缘开裂，严重时还会导致拱顶下沉，如图2-1所示。当拱助承载力严重不足时甚至出现拱助底部混凝土剥离、露筋等情况，如图2-2所示。双曲双曲拱桥横梁的截面面积偏小，横系梁（横隔板）设置的数量也较少[9]。当双曲拱桥承受较大的外荷载作用时，横系梁内将产生较大的内力和变形，导致横系梁开裂、脱落，拱上建

6、筑的支座是主拱圏，因此，拱上建筑病害主要由主拱圈变形引起的，主拱的变形相当于腹拱的墩台位移。换上建筑的病害主要表现为腹拱圈开裂、立柱开裂。2.2双曲拱桥典型病害成因分析首先，双曲拱桥的主拱圏由拱助、拱板、拱波和横向联系组合而成3，双曲棋-桥这种施工的可组合性导致拱助、拱波以及拱板之间接缝较多，在构造上给双曲拱桥造成了先天性不足整体性；其次，对拱助和拱波之间的联系缺乏足够的重视，导致绝大部分双曲拱桥的横向联系比较薄弱，进一步消弱了结构的整体性；再次，双曲拱桥因结构用钢量省而得到广泛推广，据调查，绝大部分双曲拱桥结构构件为少筋构件，由于过度节省钢材导致双曲拱

7、桥整体性差。由于当时中国的客观实际，以往双曲拱桥的设计过分强调节省材料，主拱圏截面采用了过小的截面尺寸、配筋与混凝土标号。尽管由拱助、拱波和拱板共同构成的组合截面尺寸能满足使用荷载要求。但是，双曲拱桥多采用无支架施工，施工阶段，拱肋除了要承受自身的重力以外，还要承受架设拱波、拱板时所产生的应力，只有拱板烧筑完毕并达到一定强度后，组合截面才真正发挥作用基于以上分析，施工阶段，拱助几乎承受了全部应力，致使较小截面尺寸的拱助产生过大的应力，表现为拱助开裂，拱圏換度过大等。由拱助、拱波和拱板组成的结构是否构成组合截面，横向联系是关键。由于横向联系的设置，使单片拱

8、助在横向联成整体，与拱波和拱板形成一个拱形框架，大大加强了主拱圏的横向刚度，确保