论文部分内容阅读
摘要：本来总结并论述了刚架拱桥主要病害及产生原因，结合笔者数年工作经验，提出了刚架拱桥病害的防治措施。
关键字：刚架拱桥病害 防治
中图分类号：U448文献标识码： A
一、拱桥及刚架拱桥
拱桥是我国公路上常用的一种桥梁形式。拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力。拱桥和其他桥梁一样，也是由上部结构及下部结构组成。根据行车道的位置，拱桥主要分成两类，分别是上承式拱桥、中下承式拱桥。桥面位于整个桥跨结构上面的拱桥称为上承式拱桥，其中上承式拱桥又分为两大类，一类是普通型上承式拱桥，这类拱桥由主拱圈、拱上传载构件或填充物、桥面系组成，主拱圈是主要承重结构，另一类是整体型上承式拱桥，这类拱桥是由主拱片、桥面系组成，主拱片是主要承重结构。中、下承式拱桥也即行车道位于拱肋中部或下部的拱桥。刚架拱桥是在析架拱桥、斜腿刚架等基础上发展起来的另一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构。
二、刚架拱桥主要病害分析
刚架拱桥主要病害有微弯板开裂、横系梁竖向开裂、拱片连接部位的型钢结合件锈蚀，混凝土剥落，连接薄弱等。
1、拱片病害
主拱片是主要承重结构，由上下弦杆、腹杆、实腹段组成。
上弦杆脱空。由于拱桥修建时考虑不周，跨径太小，桥梁建成后不能满足水流断面的需要，在长期水力冲刷作用下，使桥台基础外露掏空，大雨季节，严重的台后被冲垮，被迫中断交通;轻的使桥台产生沉降外移，拱桥上弦杆就处于悬空或接近悬空的状态。上弦杆与墩台分离会造成跳车、漏雨等病害，而且会损坏牛腿。析架拱桥桥面大都是微弯板结构，跳车常将桥面的微弯板震断，漏雨常常引起桥梁下部结构的碳化，导致钢筋锈蚀。
拱片裂缝。拱片裂缝大部分分布于上弦杆、次拱腿和上弦杆的联接处、主拱腿和实腹段
的联接处以及拱顶，其中联接处裂缝又最为集中。拱片裂缝典型形态。上弦杆和拱顶处的裂缝均属于竖向断裂裂缝，且裂缝上端窄下端宽，很明显是受拉所致。其原因大多是横载和活载长期反复交替作用而断面配筋不足造成混凝土内拉应力值较大，超出其极限抗拉强度，导致开裂另外在施工縫以及拱片接头处也容易产生裂缝。
2、横系梁病害
横系梁的作用是把各析架拱片连成整体，使之共同受力，横系梁主要病害是裂缝。横系梁的裂缝形态都是竖向的断裂裂缝，这主要是微弯板的侧向水平推动作用使横系梁受拉所致。在长期活载作用下横系梁的横向联接功能会减弱，导致桥梁横向整体刚度的降低，引起横系梁内拉应力超出允许值，这是造成病害的原因之一。因此，适当地设置和加固横系梁，对增强桥梁横向刚度是很有利的。
3、桥面病害
桥面既承受局部荷载，又与拱片形成整体，共同受力，桥面板种类很多，常用的是微弯板。微弯板主要有两种布置形式，有预制拱板加填平层的，也有用上平下拱的少筋微弯板。桥面微弯板直接承受桥梁的使用荷载并将其传递给拱片，它本身又以部分或全部参与所在部位构件的共同作用，成为上弦杆或实腹段截面的一部分。裂缝是微弯板主要的病害，微弯板的裂缝通常发生在板厚最薄弱部位及接缝微弯板还有其他病害比如蜂窝、孔洞和层隙等，其形成主要是由于施工质量造成的。在车辆荷载及雨雪冰冻等因素作用下，微弯板表层还会出现磨损、腐蚀、老化、剥落等病害。以下以尹家河桥为例加以说明：
伊家河桥位于104公路山东微山县南段。上部结构为一孔钢筋混凝土刚架拱桥，净跨径50m，净矢高sm，净矢跨比为1/10，桥宽为净一12附2X1.75m人行道，荷载标准为汽一20级、挂车一100级，人群3.5咖/角2。全桥共5片拱片，主体结构混凝土为C30，钢筋为11级。采用预制构件、有支架安装的施工方法，实腹段与拱腿、弦杆与拱腿及拱顶接头采用钢板接头，横系梁上伸出的n型钢，通过调正角钢与预埋在拱片的n型钢焊接，并浇筑混凝土。下部结构为重力式桥台，本桥建于1986年，在2001年5月对该桥进行外观检查时发现，在桥纵向跨中17m区段，该处微弯板出现纵向严重开裂，板底最大裂缝已达Zrn们n，微弯板的加劲肋竖向裂缝达1~3rnrn。横系梁在中段处出现宽约0.srnrn的竖向裂缝，尤其是与拱片联结部位的型钢结合件锈蚀严重，混凝土早已剥落，联结很弱。边拱片两半拱联结部位钢板锈蚀严重。
之所以出现上述病害，主要是由于横系梁与拱片联结部位松动、开裂，作为轴向受拉构件的横系梁受力过大，导致个别横系梁在中段处沿竖向开裂，使得横向联结构件的联系作用减弱，特别是跨中区段的横系梁与拱片的联结，造成拱片在微弯板的拱式推力的作用下发生侧移。而微弯板在上述情况下边界条件改变，内力发生重分布，加之数年车辆荷载的局部作用以及疲劳损伤的累积作用，出现了前述微弯板开裂现象。
三、刚架拱桥病害防治措施
1、加强日常维护与小修
刚架拱上部结构由微弯板、横系梁、次拱腿、次梁、主拱腿组成，每一个构件均发挥着不同的作用，每一个部位出现破坏均会破坏原有的设计传力体系，可能造成整个桥的破坏，因此刚架拱的养护要做到及时维修加固。及时的小修可推迟大修的到来，达到节省维修养护费用的目的。
2、维修加固要全面统筹
对刚架拱的加固要做到全面统筹，保证维修加固后各构件具有相同的承载力、耐久性和可靠度。韩庄刚架拱进行了主拱圈的增大和断面加固，但是时过2a，次梁出现了超出养护规范宽度的裂缝。
3、改进桥型
通过几何尺寸的拓扑优化，使得该类桥实现现有荷载下的合理轴线;根据现有的设计规范对截面尺寸、配筋进行优化;结合现有的施工方法与技术水平，对施工过程进行优化。结合现行的规范对刚架拱桥的性能进行全面的改进，解决刚架拱超载潜力小、整体刚度弱、动力效应影响大、微弯板局部强度低、横向整体性较差等缺点。
4、注重对桥梁的补强加固
补强加固是对于一些破坏不甚严重、结构还能继续维持一段时期的工作、为了使该结构能在较长的时期里正常工作的一种补强加固措施。常见的桥面铺装层损坏拱片与横系梁上小部分的保护层脱落桥台拱座出现细微裂缝等可采取相应的补强加固措施、使结构维持正常的工作状态。这种处理方法虽然涉及的技术含量并不是很高、但对维持桥梁长期正常的工作状态是一项很好的措施环节、使运营的结构得到及时的养护。
桥梁补强加固常用的方法有：用外包钢法加固补强；用增大截面法四周加固补强；用粘钢加固技术%应用碳纤维加强塑料（ＣＦＲＰ）加固修补；采用体外预应力加固补强；贴碳纤维布或钢板条和裂缝封灌的综合修补方法。
参考文献：
[1]袁铜森等,刚架拱桥的典型病害诊断分析与加固[]J,中南公路工程,2005,30(3)一152一156.
关键字：刚架拱桥病害 防治
中图分类号：U448文献标识码： A
一、拱桥及刚架拱桥
拱桥是我国公路上常用的一种桥梁形式。拱桥在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力。拱桥和其他桥梁一样，也是由上部结构及下部结构组成。根据行车道的位置，拱桥主要分成两类，分别是上承式拱桥、中下承式拱桥。桥面位于整个桥跨结构上面的拱桥称为上承式拱桥，其中上承式拱桥又分为两大类，一类是普通型上承式拱桥，这类拱桥由主拱圈、拱上传载构件或填充物、桥面系组成，主拱圈是主要承重结构，另一类是整体型上承式拱桥，这类拱桥是由主拱片、桥面系组成，主拱片是主要承重结构。中、下承式拱桥也即行车道位于拱肋中部或下部的拱桥。刚架拱桥是在析架拱桥、斜腿刚架等基础上发展起来的另一种新桥型，属于有推力的高次超静定结构。
二、刚架拱桥主要病害分析
刚架拱桥主要病害有微弯板开裂、横系梁竖向开裂、拱片连接部位的型钢结合件锈蚀，混凝土剥落，连接薄弱等。
1、拱片病害
主拱片是主要承重结构，由上下弦杆、腹杆、实腹段组成。
上弦杆脱空。由于拱桥修建时考虑不周，跨径太小，桥梁建成后不能满足水流断面的需要，在长期水力冲刷作用下，使桥台基础外露掏空，大雨季节，严重的台后被冲垮，被迫中断交通;轻的使桥台产生沉降外移，拱桥上弦杆就处于悬空或接近悬空的状态。上弦杆与墩台分离会造成跳车、漏雨等病害，而且会损坏牛腿。析架拱桥桥面大都是微弯板结构，跳车常将桥面的微弯板震断，漏雨常常引起桥梁下部结构的碳化，导致钢筋锈蚀。
拱片裂缝。拱片裂缝大部分分布于上弦杆、次拱腿和上弦杆的联接处、主拱腿和实腹段
的联接处以及拱顶，其中联接处裂缝又最为集中。拱片裂缝典型形态。上弦杆和拱顶处的裂缝均属于竖向断裂裂缝，且裂缝上端窄下端宽，很明显是受拉所致。其原因大多是横载和活载长期反复交替作用而断面配筋不足造成混凝土内拉应力值较大，超出其极限抗拉强度，导致开裂另外在施工縫以及拱片接头处也容易产生裂缝。
2、横系梁病害
横系梁的作用是把各析架拱片连成整体，使之共同受力，横系梁主要病害是裂缝。横系梁的裂缝形态都是竖向的断裂裂缝，这主要是微弯板的侧向水平推动作用使横系梁受拉所致。在长期活载作用下横系梁的横向联接功能会减弱，导致桥梁横向整体刚度的降低，引起横系梁内拉应力超出允许值，这是造成病害的原因之一。因此，适当地设置和加固横系梁，对增强桥梁横向刚度是很有利的。
3、桥面病害
桥面既承受局部荷载，又与拱片形成整体，共同受力，桥面板种类很多，常用的是微弯板。微弯板主要有两种布置形式，有预制拱板加填平层的，也有用上平下拱的少筋微弯板。桥面微弯板直接承受桥梁的使用荷载并将其传递给拱片，它本身又以部分或全部参与所在部位构件的共同作用，成为上弦杆或实腹段截面的一部分。裂缝是微弯板主要的病害，微弯板的裂缝通常发生在板厚最薄弱部位及接缝微弯板还有其他病害比如蜂窝、孔洞和层隙等，其形成主要是由于施工质量造成的。在车辆荷载及雨雪冰冻等因素作用下，微弯板表层还会出现磨损、腐蚀、老化、剥落等病害。以下以尹家河桥为例加以说明：
伊家河桥位于104公路山东微山县南段。上部结构为一孔钢筋混凝土刚架拱桥，净跨径50m，净矢高sm，净矢跨比为1/10，桥宽为净一12附2X1.75m人行道，荷载标准为汽一20级、挂车一100级，人群3.5咖/角2。全桥共5片拱片，主体结构混凝土为C30，钢筋为11级。采用预制构件、有支架安装的施工方法，实腹段与拱腿、弦杆与拱腿及拱顶接头采用钢板接头，横系梁上伸出的n型钢，通过调正角钢与预埋在拱片的n型钢焊接，并浇筑混凝土。下部结构为重力式桥台，本桥建于1986年，在2001年5月对该桥进行外观检查时发现，在桥纵向跨中17m区段，该处微弯板出现纵向严重开裂，板底最大裂缝已达Zrn们n，微弯板的加劲肋竖向裂缝达1~3rnrn。横系梁在中段处出现宽约0.srnrn的竖向裂缝，尤其是与拱片联结部位的型钢结合件锈蚀严重，混凝土早已剥落，联结很弱。边拱片两半拱联结部位钢板锈蚀严重。
之所以出现上述病害，主要是由于横系梁与拱片联结部位松动、开裂，作为轴向受拉构件的横系梁受力过大，导致个别横系梁在中段处沿竖向开裂，使得横向联结构件的联系作用减弱，特别是跨中区段的横系梁与拱片的联结，造成拱片在微弯板的拱式推力的作用下发生侧移。而微弯板在上述情况下边界条件改变，内力发生重分布，加之数年车辆荷载的局部作用以及疲劳损伤的累积作用，出现了前述微弯板开裂现象。
三、刚架拱桥病害防治措施
1、加强日常维护与小修
刚架拱上部结构由微弯板、横系梁、次拱腿、次梁、主拱腿组成，每一个构件均发挥着不同的作用，每一个部位出现破坏均会破坏原有的设计传力体系，可能造成整个桥的破坏，因此刚架拱的养护要做到及时维修加固。及时的小修可推迟大修的到来，达到节省维修养护费用的目的。
2、维修加固要全面统筹
对刚架拱的加固要做到全面统筹，保证维修加固后各构件具有相同的承载力、耐久性和可靠度。韩庄刚架拱进行了主拱圈的增大和断面加固，但是时过2a，次梁出现了超出养护规范宽度的裂缝。
3、改进桥型
通过几何尺寸的拓扑优化，使得该类桥实现现有荷载下的合理轴线;根据现有的设计规范对截面尺寸、配筋进行优化;结合现有的施工方法与技术水平，对施工过程进行优化。结合现行的规范对刚架拱桥的性能进行全面的改进，解决刚架拱超载潜力小、整体刚度弱、动力效应影响大、微弯板局部强度低、横向整体性较差等缺点。
4、注重对桥梁的补强加固
补强加固是对于一些破坏不甚严重、结构还能继续维持一段时期的工作、为了使该结构能在较长的时期里正常工作的一种补强加固措施。常见的桥面铺装层损坏拱片与横系梁上小部分的保护层脱落桥台拱座出现细微裂缝等可采取相应的补强加固措施、使结构维持正常的工作状态。这种处理方法虽然涉及的技术含量并不是很高、但对维持桥梁长期正常的工作状态是一项很好的措施环节、使运营的结构得到及时的养护。
桥梁补强加固常用的方法有：用外包钢法加固补强；用增大截面法四周加固补强；用粘钢加固技术%应用碳纤维加强塑料（ＣＦＲＰ）加固修补；采用体外预应力加固补强；贴碳纤维布或钢板条和裂缝封灌的综合修补方法。
参考文献：
[1]袁铜森等,刚架拱桥的典型病害诊断分析与加固[]J,中南公路工程,2005,30(3)一152一156.