大件运输拱桥中释能法的应用与工程实践.doc

大件运输拱桥中释能法的应用与工程实践集团公司技术管理部 汪 婧摘 要：释能法是一种进行内力重分配的新型旧危拱桥加固方法以安龙新桥为例，简述释能法加固设计方案，通过“释能拱”结构电算程序计算内力分析和加固后的实践应用，证明释能法在大件通过拱桥时的加固运用的可行性关键词：双曲拱；释能法；大件运输；内力分析Application and engineering practice of Energy-releasing method on large and heavy transportation arch bridge1，LIU QING-LAN 1, MENG Yun2Abstract: Energy-releasing method is a new strengthening arch-bridge way which assigns internal force again. Take An Long New Bridge for example, simply describing the designing proposal, with the internal force analysis of “energy-releasing arch” structure computerized procedure and application after it has been strengthened, proving that energy-releasing method is feasible when large and heavy transportation crossing .Key words: double curvature arch; energy-releasing method; large and heavy transportation; internal force analysis双曲拱桥是我国公认的承载潜力小，病害缺陷最多的桥型，传统的加固方法有加固拱肋、拱板和横向联系的方法等。

1本文介绍的“释能法”加固技术则是从一全新的角度通过对拱脚部位进行特殊技术处理，改变原桥的结构受力体系，把原桥由无铰转换为平铰即平铰结构受力体系，改变无铰拱的主拱圈，让主拱在拱脚能够产生微小的转动，释放主拱控制截面拱脚的内力，减小拱脚原来过大的负弯矩，在全拱圈进行“内力重分配” ，改善原桥的受力状况，发掘主拱的自身潜力，经济快速提高旧危拱桥承载能力的一种新方法、新技术和新工艺 2随着“释能法”加固技术的研究深入和在多座桥梁的加固应用，释能法的成套技术也日渐成熟，2006 年 7 月我们对黔西南州的安龙新桥进行了通过 12 批次兴仁换流站变压器大件运输的加固任务，每次大件设备的重量（车货总重）均在200 吨以上，其中最重的设备为 391 吨而安龙新桥正是一座跨径为 30m 的双曲拱桥1 工程背景安龙新桥位于国道 324 线贵州黔西南州2282K+293~2284K+552 段，桥型为 1 孔 30m上承式钢筋混凝土双曲拱桥，全长 50m桥面净空为净 9+2×1.25m 人行道，于 1998 年 4 月建成该桥原设计荷载为汽－20、挂－100桥型布置如图 1 安龙桥总体布置图所示030582516955图 1 安龙新桥总体布置图2 加固设计荷载标准1.荷载等级：挂－400 级。

2.荷载布置：如图 2 平板拖车轴载布置图×图 2 平板拖车轴载布置图 注:长度单位为 m,荷载单位为 KN3 加固设计方案说明应用“释能法”加固改造旧危拱桥，应首先对原桥存在的病害和缺陷进行处治，然后根据加固改造桥梁的具体情况和拟提升的荷载等级，按照“释能法”加固改造的原理，作出具体的加固设计方案用于实施本桥主拱圈材料强度较低、原桥病害较为严重，仅依靠主拱圈自身抗压强度不能满足提升荷载等级强度要求，根据“释能法”原理，应采取加肋提升主拱圈中性轴位置，用局部释能槽体系转换法进行加固改造，提高承载力加固措施；再者由于贵州省重点建设工程兴仁换流站 50 万千瓦变压器运输需要，本桥需在半年内通过最大重量 391 吨、最小重量 240 吨 6 批（次）共 12 件重载，所以决定采用新增拱肋、局部释能槽体系转换法加固改造设计技术要求如下：1. 在原桥主拱圈上增设拱肋提升主拱圈截面中性轴，通过结构计算确定新增拱肋的截面尺寸和新增拱肋后主拱圈截面中性轴位置，及加固后相应的技术参数2. 采用“绳锯法”将主拱圈加固后提升中性轴以上与拱座固结起的拱面切割分离，如图3 所示δ PRC－ 乳 化 沥青 防 渗 膏双 层 油 毡释 能 缝图 3 局部释能槽示意图 图 4 局部释能槽处治示意图3. 内力调整施工监控方法：释能槽开启前在拱脚、L/4 截面、拱顶截面贴应变片或安装应变计通过测试仪器进行释能过程内力变化监控，指导释能槽切割，确保施工过程中桥梁的安全。

4. 用半刚性 RPC-乳化沥青防渗膏灌满已开启的释能槽5. 在原拱圈上植筋，布置钢筋，浇筑新增C40 增强拱肋用双层油毡将新浇拱肋与拱座横墙隔离，形成主拱与拱座隔离的释能缝将原桥主拱圈结构由无铰结构体系转换为平铰结构体系如图 4 所示4 加固后结构受力分析和计算分析4.1 释能拱结构受力分析释能拱是一种“后天性”的桥型，是由已建成的无铰拱经过结构体系转变而得到的，所以释能拱存在着内力重分配的现象经过多年研究发现释能拱比无铰拱能较大幅度减小拱脚的内力，改善主拱圈的受力状况，在拱脚截面上缘承受拉应力时，释能拱应变相对于无铰拱可以减小 40～60％；拱脚截面下缘的压应力，释能拱相对于无铰拱减小 5～15％，基本变化不大释能拱能够改善该截面上缘拉应力，正是因为在进行释能处治后拱脚转角引起的正弯矩+M φj 与原无铰拱拱脚截面负弯矩叠加之后使得-M j绝对值减小了，有效释放拱脚上缘的负弯矩，改善无铰拱拱脚受拉状况；而在拱脚截面下缘，释能拱的压应力相对无铰拱来说并无提高在 L/4 截面，释能拱上缘压应力相对于无铰拱增大 10～20%，其变化趋势是在荷载逐渐增大时，释能拱的压应力逐渐接近无铰拱，这个变化趋势对释能拱在该截面的受力是非常有利的；释能拱在该截面下缘拉应力相对于无铰拱增大 10～20%；但是对于实际桥梁而言，不管是否考虑到拱上建筑联合作用对桥梁产生的影响，都不会影响到释能拱整体承载能力。

在拱顶截面，释能拱所受正弯矩比相同状况下无铰拱小的5～15％，这从公式（1）可以看出释能拱＝无铰拱＋M φ （1） 公式（1）表明，释能拱结构内力可以看作是在无铰拱结构内力的基础上叠加上由两边拱脚的微小转角引起的结构内力M φ ，该转角在拱脚截面产生正的弯矩+M φj ，而在拱顶产生一个负的弯矩-M φj ，但是拱脚转角对各截面产生的结构内力在数值上大小不同，而且在拱脚截面绝对值最大，即|+M φj |>|-Mφd |，所以释能拱能够改善拱顶截面下缘压应力 24.2 释能拱结构计算分析及 SNGQ电算程序荷载计算部分包括恒载和活载计算释能拱结构受力计算在恒载计算部分以双铰拱恒载内力计算为基本体系，活载内力计算部分以无铰拱活载影响线加载法计算得到的双铰拱活载内力计算为基本体系，在释能拱内力计算的核心部分，采用双铰拱结构内力叠加附加弯矩，即为“叠加综合法” 释能拱结构受力计算采用计算机电算，编制了叠加综合法的计算程序 SNGQ本桥采用 SNGQ 分别计算了拱脚、L/4、和拱顶截最大正弯矩、最大负弯矩工况，最不利荷载布置时，恒载+水平位移+活载内力和抗力，详见表1～3恒载+水平位移+挂-391t 作用主要截面最大正弯矩时“释能拱”内力 表 1截 拱顶 Mmax L/4 截面 Mmax 拱脚 Mmax 面 Mj Nj e0 Mj Nj e0 Mj Nj e0左拱脚 3389.029 7163.103 0.473 -906.925 8130.269 -0.112 3011.036 7140.259 0.4221/4 截面-1262.029 6143.773 -0.205 1905.992 6107.492 0.312 -1361.10 6003.902 -0.227拱顶 1312.161 6750.525 0.194 -379.426 4112.017 -0.092 1343.624 6544.927 0.2053/4 截面 899.484 7165.241 0.125 -1147.199 4738.109 -0.242 962.551 7001.908 0.138右拱脚 -415.353 9595.408 -0.043 1832.247 5848.503 0.313 -1075.00 9520.837 -0.113恒载+水平位移+挂-391t 作用主要截面最大负弯矩时“释能拱”内力 表 2截 拱顶 Mmin L/4 截面 Mmin 拱脚 Mmin 面 Mj Nj e0 Mj Nj e0 Mj Nj e0左拱脚 -2472.467 386.010 -0.335 3330.092 6874.112 0.484 -916.034 7661.428 -0.1201/4 截面 1743.310 5566.779 0.313 -1442.333 5746.812 -0.251 2173.964 5158.896 0.421拱顶 -5.804 3523.828 -0.002 1166.467 6328.440 0.184 -408.693 3973.400 -0.1033/4 截面 -1076.315 4131.417 -0.261 1200.184 6675.024 0.180 -1072.58 4213.355 -0.255右拱脚 -634.043 6508.180 -0.097 -1218.898 9096.065 -0.134 1501.495 5396.515 0.278主拱圈抗力设计值 表 3截 拱顶 Mmax L/4 截面 Mmax 拱脚 Mmax 拱顶 Mmin L/4 截面 Mmin 拱脚 Mmin面 RN(KN) RN(KN) RN(KN) RN(KN) RN(KN) RN(KN)左拱脚 14939.835 30018.538 22050.375 11732.180 12939.113 42471.1471/4 截面 38197.565 7310.617 36969.251 7031.036 27004.986 22084.072拱顶 2。