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正常情况下,大跨度刚架拱最常见的病害是弦杆和刚节点处的裂缝,这类裂缝普遍存在于有病害的刚架拱桥中。然而,对于钢筋混凝土构件,只要裂缝宽度不超过规定的容许值,仍可视为正常使用状态。尽管当前许多业主反对新建刚架拱桥,但通过对病害原因的分析,我们应客观看待其承载能力和使用性能。
刚架拱桥常见病害及可选的加固方法
刚架拱桥主要由外弦杆、内弦杆、实腹段、拱腿(主拱腿)、斜撑(次拱腿)、横向联系、桥面板及桥面铺装层组成。以下将详细讨论各构件的病害现象、原因及目前常用的加固方法。
(1)桥面板:
病害现象:刚架拱桥的桥面板常采用少筋肋腋板或微弯板,这两种板在矩形板的基础上进行了优化,钢筋和混凝土用量较少,重量轻,但施工复杂。在长期超载的情况下,肋腋板底可能出现方向不规则的裂缝,严重时露筋、漏水;微弯板则可能出现加劲肋中部底面多条向上延伸的竖向裂缝,甚至延伸至板顶,造成板顶纵向开裂。
加固方法:
对底面开裂的肋腋板,可采用粘贴双向编织的纤维布或粘贴钢板进行加固,纤维强度不必过高。
对加劲肋开裂的微弯板,采用垂直裂缝的单向碳纤维片形成U字型粘贴于肋底,比贴钢板更方便。微弯板顶的纵向裂缝根据宽度大小,采用灌缝或封闭处理。
结合桥面改造,增加现浇层的厚度及强度,并加强现浇层内的配筋,以改善桥面板的受力状况。
(2)内、外弦杆及实腹段:
病害现象:弦杆及实腹段常采用矩形、工字形、箱型截面。外弦杆为受弯构件,内弦杆及实腹段为压弯(偏心受压)构件。裂缝常出现在外弦杆上,其次是内弦杆和实腹段。外弦杆竖向裂缝和大、小节点两侧的斜裂缝较为常见。对于病害严重的刚架拱桥,外弦杆和实腹段跨中底部受拉区、内弦杆的裂缝较多、较宽,有的横向贯通,竖向也裂至顶部。
加固方法:
对刚架拱外弦杆受弯构件的加固,若弦杆不属于超筋梁,可采用在底面受拉区粘贴U型纤维片、粘贴钢板或增大截面高度和配筋的方法。若弦杆属于超筋梁,最好采用增大截面高度和配筋的方法,或在粘贴U型纤维片、粘贴钢板的同时增加桥面现浇层厚度。
内弦杆为偏心受压构件,加固方法与外弦杆相同。
大、小节点两侧的斜裂缝,可在裂缝面粘贴钢板或纤维片加固,以承受主拉应力。增大弦杆截面高度也能减小主拉应力。
对跨中实腹段的微弧形底面,可采用粘贴U型碳纤维片以承受弯曲拉应力及径向撕拉力,或采用增大截面高度和配筋的方法。
对弦杆及实腹段其他部位的裂缝,采用灌缝和封闭裂缝的方法。
(3)横向联系:
病害现象:刚架拱桥的横向联系在弦杆及实腹段约3米有一道,节点处得到加强。但整体性受损的刚架拱桥的实腹段及弦杆段的横隔板中部大多有上下贯通的竖向裂缝,挖空的横隔板比实心横隔板更严重。采用重力式墩台的刚架拱桥横向联系很少有病害,说明刚度低的轻型拱桥不宜采用柔性墩。
加固方法:
中断交通施工时,可采用混凝土加固横隔板,即在原横隔板的基础上通过植筋加厚加高。
不能中断交通时,可采用施工快速、简便的钢结构加固。在原混凝土横隔板的四个角粘贴和螺栓固定四根角钢,再用两片钢桁架夹住原混凝土横隔板。施工时做好所有横隔板加固准备工作,并点焊固定位置后,临时中断交通进行焊接,再恢复交通。
(4)主拱腿及斜撑:
病害现象:主拱腿和斜撑为小偏心受压构件,在恒载及车辆作用下一般不产生拉应力。但有的斜撑底部附近有较多由顶面而下的环形裂缝,可能是墩、台不均匀沉降或温度下降时产生的负弯矩所致。
加固方法:
对于斜撑根部的裂缝,可采用环形包裹粘贴纤维布、顶面粘贴钢板或碳纤维条的方法加固。也可考虑增大截面加固。
(5)桥面铺装层:
病害现象:桥面现浇层对预制拼装施工的桥面板尤为重要。刚架拱桥的混凝土铺装层是组合断面的一部分,直接参与受力。若拱片大、小节点负弯矩区的受拉钢筋布置于现浇铺装层中,该位置所承受的拉应力过大将导致桥面横向贯通开裂,甚至引起桥面的拱片位置处纵向贯通开裂。这两类裂缝均属结构受力性裂缝,必须尽快加固。
加固方法:
凿除桥面铺装,重新浇筑铺装层混凝土,按新规范要求提高混凝土标号,并加强桥面钢筋网的配筋。特别注意钢筋网必须架起,新浇铺装层的厚度根据需要决定是否加厚。
进一步加强负弯矩区的纵向钢筋配置。