刚架拱桥使用状态检测分析及加固

A桥位于泉厦高速公路右线K162+223.6m处，上部结构为单孔跨径35m、净矢跨1/8的钢筋混凝土刚架拱桥，基础为明挖片石混凝土，下部结构为重力式组合桥台，桥面宽度为净11.85+2×0.5m，设计荷载为汽超-20、挂-120。该桥于1997年11月建成通车。

结构病害情况
　　
2000年8月A桥主车道在超载车辆快速冲击作用下，桥面产生破坏，形成局部坑洞。 　　
经福建省公路工程试验检测中心对A桥进行外观检查，并对桥面铺装进行取芯测试，发现A桥存在以下主要病害： 　　
1、铺装层混凝土厚度和强度不均，局部桥面铺装混凝土强度低于设计强度，局部铺装层与微弯板粘结不良。 　　
2、刚架拱结构拱肋实腹段和上弦杆裂缝较多，缝宽0.08mm～0.20mm。 　　
3、厦门台向大节点处1#和2#肋间的I型横系梁出现一条宽0.2mm，长100cm的裂缝。 　　
4、大部分微弯板的加劲肋开裂，缝宽0.08mm～0.6mm，开裂至板底。

荷载试验及桥梁使用状态评价
　　
为进一步分析A桥病害原因，拟对A桥现状进行荷载试验，评估该桥主体结构是否满足设计荷载状态下的正常使用要求，并为桥梁加固提供技术依据。
　　
——静力荷载试验 　　

依据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》和《公路旧桥承载能力鉴定方法》，测定桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应力，挠度和裂缝变化情况。该试验应用GQJS计算软件进行建模计算，确定试验荷载、加载车辆、轮位，以设计标准活载产生的该试验项目的最不利效应值，按下式所确定的公式等效换算，0.8≤η=Sstate/[(1+μ)×S] ≤1.0。 　　
1、刚架拱顶截面拱肋挠度试验结果与分析 　　
在加载工况5、6、7（拱顶截面最大正弯矩加载试验）作用下，实测挠度值推算的拱肋截面荷载横向分布系数列表1。表1亦列出按设计计算时所采用的弹性支撑连续简化计算在加载工况5、6、7下的拱肋截面荷载横向分布系数理论值。可见，各拱肋实测横向分布系数与理论计算值有较大偏差。中载时中肋实际分配到的荷载要较理论计算偏大39.1% ，偏载时实测的拱顶截面荷载横向分布系数在横桥向的分布规律与理论计算结果也存在一定差异，理论计算时边肋分担的荷载较大，实测以次边肋大。 　　
2、拱顶截面拱肋下缘的钢筋应变试验结果与分析 　　
当加载工况5～7（拱顶截面最大正弯矩加载试验）加至满载时实测的拱顶截面各拱肋下缘钢筋应变值与理论计算值和应变结构核验系数列表2。 　　
从实测的拱肋拱顶截面下缘钢筋应变值及校验系数可见，应变值最大值介于208～291με，达到混凝土开裂常值范围，拱肋下缘混凝土出现裂缝的几率增加；校验系数量大值（1.58）超过《公路旧桥承载能力鉴定方法》的常值高限。
　　
——结构使用状态评价 　
　
在试验荷载作用下，桥跨结构刚架拱肋的实测横向分布系数与理论计算值有较大偏差，横向联结消弱，刚架拱中肋下缘钢筋实测应变值偏大，局部裂缝有扩展现象；桥跨结构在无障碍行车荷载作用下，刚架拱片跨中截面实测冲击系数较设计的假定值偏大。　　
A桥的桥跨结构整体抗力有所下降，使用寿命与安全性已经消弱，影响了正常行车使用，必须对该桥进行加固。

加固设计与施工 　
　
——加固设计方案的确定
　　
对桥梁结构外观检测报告和荷载试验结果分析可知，通过加固桥梁本身的结构，并对结构裂缝进行处理，来达到满足安全行车，是一可行的加固方案。由于拱肋横向联结消弱，刚架拱下缘钢筋实测应变值偏大等原因，必须增大横向受力截面和主拱肋配筋；同时还须改善桥面系结构以增加整桥结构刚度。
基于上述原则，通过验算比选，对主拱肋加固拟采用钢板粘贴补强法，即用高强粘结剂将钢板（钢带）粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位，使之与结构物形成整体，用以代替增设的补强钢筋，提高结构的承载能力。
　　
——加固设计要点 　
　
1、主肋加固
主肋裂缝修补后，钻孔注胶种植锚固螺栓，在主肋侧面下缘及主拱实腹段底，用环氧结构胶系列粘贴钢板，考虑钢板与主肋共同受力。　
2、横向联系加强
加大原拱脚II型横系梁，实腹段增设4道横系梁，系梁与主肋固结。
3、全桥面加固
桥面加固设计除配常规的构造钢筋外，另加设受力钢筋，纵桥向布置起抗拉作用，横桥向布置以提高微弯板的承载力。施工时凿除原桥面沥青及水泥混凝土层（包括部分填平层），保留微弯板，重新铺筑钢筋混凝土桥面，新铺桥面铺装厚不小于14厘米。桥面横坡同原设计，纵坡在满足桥面板厚的前提下匀顺调整。同时，为避免超量增加恒载，桥面应尽量接近原标高，设计考虑桥面板与微弯板及主肋形成组合截面共同受力，新浇桥面为40号防水混凝土。
　　
——加固施工要点 　
　
1、主肋粘贴钢板前应先修补裂缝，有关粘贴钢板工艺及结构粘胶应试验后确定。
2、主肋上穿孔种植应尽量小振动，确保不损伤主肋和其它构件。
3、横