摘要：文章通过钢结构附加拱圈的方式对双曲拱桥进行加固设计，对桥梁在特种荷载作用下的正常使用极限状态和承载能力极限状态进行分析，为以后类似双曲拱桥通行特种荷载提供相关的参考依据，探讨一种新的拱桥加固方式，达到既提高桥梁的承载能力，又经济可靠的目的。
关键词：钢结构附加拱圈；双曲拱桥；特种荷载；桥梁加固
引言：随着经济社会和工业技术的不断发展，各种机械设备都趋向于整体化、大型化，但大部分桥梁修建年代较早，在设计之初并未考虑大型特种荷载通行对桥梁结构的影响，加之桥梁运营时间较长，桥梁结构会出现不同程度的病害，桥梁的承载能力逐步下降，如果对桥梁拆除重建，需要耗费大量的时间成本和经济成本，且对道路的通行和沿线百姓的出行会造成较大的影响，因此对老桥进行加固利用就显得尤其方便快捷和重要。
拱桥常规的加固方法多为增大截面法，本文结合綦江安稳电厂大型电力设备通行羊叉桥，对羊叉桥采用钢结构附加拱圈进行加固的工程实例，对桥梁加固后的状态进行全面分析，提出了一种新的且可靠的拱桥加固方式。
1 工程概况
因重庆市綦江区安稳镇电厂建设需要，需通过綦江区打安路将大件变电器运送至电厂，本次需通过的挂车与货物总重434.5T（其中货物重350吨、车板重52.5吨，牵引车重32吨）。在该运输路段有一座羊叉桥（该桥因其他大件的运输要求，羊叉桥于2016年1月已经进行过加固整治，整治方案为增大截面法，即在原拱肋下方设置25cm厚钢筋混凝土板将6片拱肋连成整体，增大截面尺寸和截面刚度。经过加固整治后，羊叉桥满足了临时通行311吨（其中货物重230吨、车板重49吨，牵引车重32吨）大件货物的运输要求）。
2临时加固措施
为了满足临时通行434.5吨大件货物的沿线结构安全，充分利用原桥承载力，综合考虑各种因素，本次临时辅助支撑设计采用附加拱圈支撑形式，即在原桥主拱圈下设置工字钢联合支架拱圈，附加拱圈的上表面与原桥拱圈下表面充分接触，通过千斤顶对附加拱圈的拱脚施加轴向顶推力，强迫附加拱圈对原桥主拱圈施加压力，这部分压力可以抵消原桥拱圈的一部分恒载，相当于对原桥拱圈进行减载，达到提高桥梁承载能力的目的。此外，在主动施加一定的顶推力后，将附加拱圈与原拱圈进行固定连接，使附加拱圈与原拱圈形成一个整体联合受力，可以大大提高原拱圈的承载能力。经计算表明，附加拱圈若能提供100吨的反向压力，即可以满足本次大件车过桥的安全问题。
附加拱圈主要由12榀钢拱架组成，每榀钢拱架型号为20a的热轧型工字钢利用连接钢板焊接而成（纵向长度根据现场实测值确定，分段拼装而成）每两榀钢拱架通过横向钢板焊接形成一榀，全桥共形成六榀钢拱架；各榀钢拱架在拱脚处放置在牛腿上，通过千斤顶将拱架与主拱圈紧密接触在一起，附加拱圈如下图所示。每榀钢拱架的重量为1.55吨。
附加拱圈横断面布置图 附加拱圈纵断面布置图
在安装每榀工字钢之前先在每榀工字钢下方对应位置植入钢板，等每榀工字钢临时用螺杆固定后，通过千斤顶的调整位置并施加轴向压力，待每榀工字钢顶压就位后将工字钢与钢板进行焊接，从而保证附加拱圈与原拱圈共同受力。
3附加拱圈施工工艺
通过对原主拱圈弧长的测量，确定工字钢纵向所需长度。根据现场实测长度确定工字钢的下料长度及工字钢形状→在工厂将工字钢构件制作成指定形状→运输到施工平台上现场拼装→在梁底指定位置植筋、安装钢板→通过螺杆临时固定每榀工字钢→现场安装牛腿构造→调整位置、安装千斤顶与压力传感器→顶压千斤顶至设计值→用千斤顶将附加拱圈安装就位，使附加拱圈与主梁紧密贴合在一起→体系转换，将千斤顶与压力传感器移去→将工字钢和梁底板焊接在一起。
4附加拱圈验算
本次检算采用Midas/civil软件，结合实测几何尺寸，建立加固前及加固后结构计算模型。拱上填料的弹性模量比主拱材料的弹性模量小一个数量级，以弱化其刚度贡献，桥面铺装和栏杆、护栏用均布线荷载模拟，车道荷载作用于桥面梁单元，通过拱上建筑传递至主拱圈。桥墩墩底和桥台基础均模拟为固结。
鉴于本桥2016年1月加固采用的增大截面法加固，计算分析时需要考虑施工过程因素，新增混凝土结构不能承担原结构的自重，只能与原结构一起共同承担新增恒载及活载产生的内力，因此本次计算分析时采用了施工阶段联合截面。本次检算不仅对桥梁结构进行计算，还对公路-Ⅱ级荷载与大件运输车荷载进行对比分析以求结果更为准确可靠。由于运输货物总重的增加，需要在梁底增加附加拱圈，以减少车辆荷载的作用。
附加拱圈产生的弯矩图 附加拱圈产生的轴力图
5结论及建议
通过对比羊叉桥在公路-Ⅱ级荷载（1.2恒荷载+1.4公路-Ⅱ级荷载+1.2×附加拱圈效应和大件运输（1.2恒荷载+1.2特载+1.2×附加拱圈效应）工况下的内力情况，可以看到在附加拱圈加固后，大件运输荷载下的最大内力与公路-Ⅱ级荷载比较接近，产生的荷载效应与公路-Ⅱ级荷载相当。说明经过附加拱圈临时加固后，桥梁能满足安全通行要求。建议在桥梁加固过程以及大件运输车辆过桥时应有专人对桥梁应力、位移进行监测，以判定加固和大件运输前后桥梁技术状况是否有改变，为后续的维护提供依据。
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论文作者:沈金飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
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