摘 要：本文論述了根據(jù)實(shí)測(cè)資料，用最小二乘法擬合得到雙曲拱橋的拱軸線，然后采用理論計(jì)算結(jié)合荷載試驗(yàn)的方法評(píng)估舊橋的承載力及橋梁剛度的方法步驟，此法可提高舊橋承載力評(píng)估的準(zhǔn)確性。文中并根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了粘鋼法加固方案設(shè)計(jì)。
　　關(guān)鍵字：雙曲拱橋 拱軸線 承載力 荷載試驗(yàn) 粘鋼法
　　雙曲拱橋以其造型美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，60~70年代在我國(guó)得到大量的推廣。經(jīng)過(guò)幾十年的使用實(shí)踐，證明其存在組合截面整體性差，主拱肋和拱波易開(kāi)裂等缺點(diǎn)。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，舊有橋梁上的交通量及載重車(chē)也不斷增加，許多雙曲拱橋都出現(xiàn)了不同程度的病害，威脅到橋梁的安全使用。同時(shí)，由于年代較早和一些歷史原因，有些橋梁的設(shè)計(jì)資料早已散失，無(wú)法得到橋梁具體構(gòu)造和當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，估算橋梁變形情況和承載力大小。因此，如何合理評(píng)估這些舊有雙曲拱橋的承載力，并進(jìn)而提出既安全又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加固方案，是當(dāng)前道路改擴(kuò)建、舊橋改造中的一個(gè)重要課題。本文介紹的湖南湘西古丈縣南門(mén)雙曲拱橋，原始資料已散失，對(duì)舊橋承載力評(píng)估利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定出拱軸線及恒載分布，以理論計(jì)算結(jié)合荷載試驗(yàn)的方法評(píng)估其原有承載力，加固方法采用粘鋼法。加固后的使用實(shí)踐表明效果不錯(cuò)。
　　1 工程概況
　　1.1 基本概況
　　湘西古丈北門(mén)橋位于古丈縣城區(qū)。橋型為單跨無(wú)鉸雙曲拱橋，空腹式拱上建筑。由于歷史原因，該橋的設(shè)計(jì)和施工資料均無(wú)法查找，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，該橋凈跨徑20m，凈矢高3.92m，橋全寬9.3m=8.7m混行車(chē)道+2×0.30m緣石，主拱圈為等截面，橫截面由5片拱肋、4片拱波和兩片半拱波組成，肋間設(shè)置尺寸為20×25cm的橫隔梁，沿縱向共設(shè)置3道。
　　為確定拱軸線，測(cè)量了主拱圈尺寸和拱圈底緣上數(shù)點(diǎn)坐標(biāo)，然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行懸鏈線擬合，擬合方法即采用最小二乘法，不斷調(diào)整拱軸系數(shù)并計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)點(diǎn)的拱軸線坐標(biāo)與底緣線坐標(biāo)，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的高差平方和最小的拱軸線中選。用此方法得主拱圈計(jì)算跨徑20.9m，矢高4.52m，矢跨比1/4.624，拱軸系數(shù)為6.95；
1.2 橋梁開(kāi)裂情況及拱腳變位情況
　　全橋主拱圈拱肋共觀測(cè)到12條裂縫，每根拱肋均有2~3條裂縫，且裂縫開(kāi)展高度通達(dá)肋頂，最大裂縫寬度為1.22mm，距拱頂水平距離0.45m，最小裂縫寬度0.3mm，距拱頂水平距離3.0m，其余裂縫也分布在距拱頂0.5~3.0m范圍內(nèi)。此外1#~2#拱肋間的拱波在拱頂處有長(zhǎng)裂縫，有水滲出；4#~5#拱肋間的拱波在兩邊橫系梁間有長(zhǎng)裂縫，亦有滲水現(xiàn)象。
　　為估測(cè)拱腳變位情況，用精密水準(zhǔn)儀測(cè)得兩邊拱腳高差不超過(guò)1.5mm，故認(rèn)為拱腳沒(méi)有相對(duì)沉降，水平距離測(cè)量結(jié)果為20.005m，也認(rèn)為拱腳沒(méi)有相對(duì)水平位移。
　　2 加固前舊橋承載力評(píng)估
　　該橋加固后，將要承受的設(shè)計(jì)荷載為汽-20、掛-100級(jí)。加固前先進(jìn)行理論估算舊橋承載力，然后進(jìn)行荷載試驗(yàn)以評(píng)估橋梁的安全承載力及實(shí)際剛度。
　　2.1 理論承載力估算
　　首先是荷載效應(yīng)計(jì)算：根據(jù)測(cè)量資料，計(jì)算該橋恒載大小，然后，對(duì)該橋進(jìn)行了初步有限元分析，實(shí)腹段按均布荷載，腹拱圈上的恒載重按杠桿法分配到立墻和實(shí)腹段端部，計(jì)算出恒載作用下拱腳、拱頂及1/4跨的主拱圈內(nèi)力，以及這三個(gè)截面的軸力和彎矩影響線，然后按影響線進(jìn)行布載，得到活載內(nèi)力，按《公橋規(guī)》進(jìn)行荷載組合，并考慮荷載橫向分布系數(shù)，得到最不利的驗(yàn)算內(nèi)力。此外，還計(jì)算了橋梁的固有頻率。
　　然后估算主拱圈強(qiáng)度：由于沒(méi)有配筋資料，偏安全地按素混凝土構(gòu)件計(jì)算，采用現(xiàn)行《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》的偏壓構(gòu)件計(jì)算公式估算主拱圈的承載能力[1]。為方便計(jì)算截面強(qiáng)度，計(jì)算主拱圈截面幾何特性時(shí)，將實(shí)際截面等效成T形截面，等效的原則為保持截面面積、總高度和形心高度不變。經(jīng)計(jì)算，拱頂截面面偏心距不滿足要求，l/4截面承載力大于驗(yàn)算內(nèi)力。
　　2.2 現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)
　　現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)分為兩部分，一是靜載試驗(yàn)，一是動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)的主要目的是評(píng)估測(cè)試拱的靜力承載能力及變形特征；動(dòng)載試驗(yàn)的主要目的是掌握拱的相關(guān)動(dòng)力參數(shù)，評(píng)估橋的剛度及阻尼大小等。
　　2.2.1 靜載試驗(yàn)
　　由理論分析，拱頂截面為最不利受力截面，因此靜載試驗(yàn)按拱頂正彎矩影響線布載。靜載試驗(yàn)的主要測(cè)試內(nèi)容為各拱肋的撓度、應(yīng)變和裂縫擴(kuò)展情況。應(yīng)變片布置在單側(cè)拱腳截面和拱頂截面，撓度測(cè)點(diǎn)布置在理論受力最大的1#肋拱腳、拱頂、l/4及2#、4#、5#肋的拱頂位置。加載過(guò)程中的，為確保橋梁的安全和測(cè)試人員的安全，要嚴(yán)格觀測(cè)應(yīng)變和撓度大小及裂縫擴(kuò)展情況，判斷是否能繼續(xù)加載。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛條件、理論計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，試驗(yàn)所加的最大荷載布置見(jiàn)圖1和圖2所示。理論計(jì)算表明，這種布載方式在拱頂和l/4截面產(chǎn)生的荷載效應(yīng)分別達(dá)到驗(yàn)算活載效應(yīng)的82%和75%。