探讨旧桥改建加固的问题

党淑清 李兴旺 魏香斌

(甘肃博通工程咨询有限公司,甘肃兰州 730000)

探讨旧桥改建加固的问题

党淑清 李兴旺 魏香斌

(甘肃博通工程咨询有限公司,甘肃兰州 730000)

对拱的合理拱轴线进行分析和公式推导,并列举两座大桥(m=1及m＞1)实例,以作参考。

拱轴系数 等代荷载

使拱各截面上只有轴向力而无弯矩及剪力的拱轴线，叫合理拱轴线。因此不论是三铰拱还是两铰拱及无铰拱(不考虑其弹性压缩的影响)就受力情况来说是无区别的。下面就桥梁上常见的垂直荷载，推导出其合理拱轴线。对于拱桥，大致可分为两种基本的型式，即实腹式拱桥和空腹式拱桥。前者拱上结构对拱的作用，相当于连续的分布荷载作用如图1所示，而后者相当于若干集中的外荷载。

1 连续分布荷载作用下,合理拱轴线的计算(实腹式拱桥)

如图2所示，若拱轴为合理拱轴线，在截面1及2就无弯矩及剪力，且没有水平分力，因此N1、N2的水平分力(方向相反)就必须相等。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

(2)当m＞1时，合理拱轴线为悬链线，线型方程式为：

注：由于纸面所限，公式推导部分均略

2 一组集中荷载作用下,合理拱轴线的计算(空腹式拱桥)

从理论上分析空腹式拱桥，其合理拱轴线应为折线型，因为代梁的弯矩图M0是折线，但实际上仍然建造成曲线型，从折线型改成曲线的原则是：

(1)使曲线型的拱轴线有五点与折线型的拱轴线相符合。这五点是：拱顶一点、拱脚两点、及左右点(yr)。

(2)具体作法：空腹拱桥的上部恒载(半跨)对拱脚弯矩∑M及对跨处的弯矩∑M的比值， 因为合理拱轴线：的比值，在拱轴曲线计算表格中(拱轴座标表)，当ξ=0.5时查得与相近的值即采用同一横列内的m值来决定拱轴线，即得一曲线型的拱轴线。

应当说明的是；折线型合理拱轴线，改为曲线型拱轴线，只有五点处两线型相符，因此在相应荷载作用下，拱截面上除了轴力外，还有一定值的弯矩及剪力。还应指出，空腹式拱桥轴线所对应的m，仅被当作拱轴系数在用，若仍像在实腹式拱桥中被认为是那就无意义了。

3 算例一:m＝1

桥面净宽：净8．5+2×1．25m(人行道)

该桥为一下承式钢管混凝土系杆拱桥，一侧拱肋为哑铃式钢管(图4)，它由两个d=70cm壁厚1．4cm钢管组成，钢管内填充C50混凝土。

(1)首先分析：在每吊杆处均承受相同恒载，故拱肋承受均匀荷载，可视为m=1的拱桥，其拱轴线方程为：水平推力为：

一孔桥上部结构自重：

汽-20等代荷载Hmax时： q汽-20=1.381[

注]： q人=0.35× 1.25=0.4375，[

注]：拱脚处 φ =38.66°，因

(4)一侧肋钢管砼截面积(图5)

式中：砼为C50， Ra=28502，E2=3．5×104Mpa；

钢管为16Mn，E1=2×105Mpa；

(5)验算钢管砼安全度(图6)。

由于拱肋具上横系梁控制可不考虑横向稳定性，仅验算纵向稳定性即可。

钢管：

计算长度 l0= 0.36l(无铰拱)， l0=0.36×80=28.8m，查钢筋砼轴心受压构件稳定系数表 φ=0.96则

若按2004年新规范：

4 算例二:m＞1

某双曲拱大桥上部构造为空腹式无铰拱，主拱圈为等截面悬链线无铰拱，拱轴系数m=2．24。

(1)净跨l0= 50m ，矢跨比

(2)主拱圈厚为1．01m，主拱圈全宽为17．8m，由8肋7波和两个半悬波组成。

(3)桥面全宽20m，净14m+2×3m(人行道)。

(4)设计荷载：汽车—20级，挂车—100人群荷载：350kg/㎡。

(5)全桥共有6个腹拱组成，腹拱净跨l1= 5m，矢跨比腹拱圈厚为20cm。

关于双曲拱桥构造图(包括纵向、横向横断面见图7、图8、图9)。

对于拱桥计算按下面几个步骤进行。

4.1 首先验算原布设空腹式无铰拱拱轴系数m值是否正确(若m值相差较大时需重新布设拱上结构)

[注]：如图10所示，当求M0时，P6包括在P7中，因为主拱圈L/2段自重为P7，而主拱圈L/4段自重为P6

证明：m值与原假设值相同(具体试算部分略)

4.2 验算拱脚处的断面应力值(取一个单元宽2.24m计,∵1.74+0.5=2.24m)

按悬链线无铰拱内力计算

(1)求拱脚处主拱圈拱轴线与水平夹角φ值(ξ=1)。

(2)拱顶处。

经计算：主拱圈一个单元断面：F=0．874㎡

2)q人=0.35×2×=0.26(人行道宽2×3m，主拱圈横断面由8个单元组成)

3)q活=1.5692汽—20，按Hmax及相应的M，V等代荷载(有加重车)

整个桥横断面按4车道(双向行驶计)共8个单元，按均布考虑：所以每个单元q汽-20=×1.5692=0.785

6)拱顶处主轴力N=H

(3)拱脚处。

3)主拱圈砼为C-20，设计强度R=11. 0Mpa=0.11

2=110k

2

amm

4)验算应力的安全度

[1]拱桥设计计算手册[M].北京:交通部公路设计院编,1992．

[2]姚玲森．桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1999．

[3]JTGB01-2003.公路工程技术标准[M].北京:人民交通出版社, 2003．

[4]JTGD60-2004.公路桥涵设计通用规范[M].北京:人民交通出版社,2004．

[5]JTGD61-2005.公路圬工桥涵设计规范[M].北京:人民交通出版社,2005．

[6]JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[M].北京:人民交通出版社, 2004．

[7]邵旭东,程翔云.桥梁设计与计算[M].北京:人民交通出版社,2008．

[8]JTG/T J23---2008公路桥梁加固施工技术规范[M].北京:人民交通出版社,2008．