上承式铁路混凝土拱桥加固技术研究.pdf

上承式铁路混凝土拱桥加 固技术研究 李 清，宁灿程，于雪莉 (兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州730070) 摘 要： 以铁路拱桥加固方法为背景，针对拱桥加 固前后横 向振幅及频率对比分析， 评价该类拱桥加固效果，对该类型拱桥的桥型加固有一定的借鉴意义。 关键词： 拱桥 ；行车安全性；横向刚度 中图分类号： U455．7 2 文献标识码 ：A 1 铁路混凝土拱桥加固的现实意义 在铁路既有线上，由于许多桥梁存在设计荷载偏低，年久失修，保养不利等多种原因，造成了许多桥 梁成为提速段上的制约路段，不加固将给列车过桥造成极大的隐患。通过多起列车在桥梁上脱轨的案 例发现，横向刚度不足是造成火车脱轨的重要原因。提速段上桥梁的横向刚度不足成为了制约提速的 关键因素，横向刚度不足的铁路桥加固是十分有必要的。拱桥在山区路段有很大的优势，拱桥的加固技 术在提速段上显得尤为重要。 现有拱桥的加固方法很多，本文针对案例中用到的钢筋混凝土套箍加固及粘贴碳纤维布加固方法 进行简要介绍： 1．1 钢筋混凝土套箍加固技术 该技术针对拱桥的拱脚进行加固，该方法基于断裂力学及 “套箍效应”等机理，利用增加拱脚截面面 积，从而提高拱桥承受荷载的能力。为了提高主拱圈的横向约束力，采用拱圈顶部与梁体增加现浇型钢 混凝土支墩的办法加固拱圈，支墩由于与拱圈纵横向有一定延伸，故可采用变截面以减少 自重，并可达 到增大主拱横向刚度的要求。 该加固技术具有如下特点： (1)可以在加固过程中保持线路行车，对线路正常运营影响较小。 (2)利用拱在三向受压情况下其抗压强度比较高的原理，采用钢筋混凝土套箍环状加固拱脚，其加固 增强效果较之锚喷技术有优势。 (3)钢筋砼套箍层采用现浇分层施工，可达到早期较高的强度。 (4)采用钢筋混凝土套箍加固可实现大部分恒载由复合主拱圈共同承担的目的，受力性能更为优越。 (5)耐久性比较好，主拱圈的抗风化、防水性能和可靠度完全可达到要求。 1．2 粘贴碳纤维布加 固法 碳纤维是一种新型建筑材料，因其质量较轻、耐腐蚀性好、抗拉强度高等诸多优点被广泛应用于各 类加固设计中。碳纤维布加固是利用高强粘结材料将碳纤维布粘贴在构件表面，利用碳纤维材料具有 良好的抗拉强度以达到提高构件承载能力的要求。适用于各种结构和各种部位，如简体、柱、梁、屋架、 板、壳体等构。该加固技术具有以下优点： (1)与传统方法相比，采用碳纤维布加固能最小的改变原结构的受力状态，保证在设计荷载范围内与 原结构共 同受力； (2)沿与裂缝正交方向粘贴碳纤维布，两端设置碳纤维布锚端，用此方法达到约束构件表面裂缝、防 止其进一步扩展，从而达到增加拱圈刚度，减小拱圈横向位移的目的； (3)碳纤维布在加固混凝土拱圈的时候，能提高抗弯性能。但是如果碳纤维布使用过量，构件破坏形 态将由构件的外部加固的碳纤维布被拉断转化为构件混凝土受压达到混凝土破坏极限而被压碎，因此， 粘贴碳纤维布将使构件的延展性降低； (4)在不增加结构 自重的前提下，适应于不同构件形状，成型比较方便； (5)施工方便，不需用水，不需要固定的现场设施，场地占用较少； (6)耐久性能及耐腐蚀性能比较好，美观，不影响结构形式。 2 工程背景 桥梁由于横向刚度不足引发了很多问题。部分桥梁横向振幅大大超过 铁《路桥梁检定规范》规定的 行车安全限值，针对桥梁横向振幅超限问题，运营部门或者采取桥梁加固措施，增强桥梁横向刚度，或者 采取列车限速过桥的措施。某路混凝土桥梁 由原铁道部设计总局大桥设计事务所设计，同年 11月交第 一 工程局桥梁工程队施工，1956年6月竣工。该桥为三跨拱形结构，主拱矢高 16．Om，两肋中心距 2．6m， 轨底至最深的基底高度45．24m，桥面板厚0．3m，按6孔连续板设计，桥面板向两侧各悬臂0．85m作为人 行道。 3 加固原因 2007年经检测该桥存在 以下问题 ：(1)各孑L横向振动频率较低，桥梁整体横向刚度较小；(2)拱脚与 墩、台的连接部位存在病害，影响结构横向整体刚度；(3)横向振幅、横向加速度幅值以及轮轨力测试结果 表明，拱上建筑的整体性较差，线路不平顺，存在行车安全隐患。 4 加固方案 根据加固前检测结果针对性提出加固方案，提高横向刚度。首先，