双曲拱桥加固技术研究

双曲拱桥加固技术研究 重庆交通大学 硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 双曲拱桥加固技术研究 姓名:胡东 申请学位级别:硕士 专业:建筑与土木工程 指导教师:周志祥;刘强 20080301 ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,，,,,;,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,;,,, ,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,;,,,,,, ,,,？,,,,,,,,( ,,,,,,,，,,;,,,,,,,,,,;,,,,，;,,,,,,;,,,,;,,,,;,,,,,,,;,,, ,,,,,,,,,,,;,,,, ,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,(,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,?,,,,,,,; ,,,,,,,,,，,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,，，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,, ,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,;,,,，,,,,,,,,,,,,,，,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 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本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,,,，系列 嚣日期础石月,日?数据库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定 享受相关权益。 ,,日期,莎,年 学位论文作者签名: 日期抛鞯移月誉彭鬻鬻:; 第一章概述, 第一章概述,弗一早 僦尬 ,(,国内外拱桥发展概况 ,(,(,拱桥发展概况 拱桥作为一种古老的桥型以其跨越能力大、承载能力高、建筑材料丰富、造 价低廉、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、 竞争力较强，并且长盛不衰，不断发展的桥梁形式。拱桥仍是目前公路大跨径桥 梁的主要桥型之一…,。。 我国现代公路拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。第一阶段是上世纪,,年 代到,,年代中叶，绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但 未能推广。最大跨度拱桥是,,,,年建成的云南南盘江上的长虹大桥(单跨,,,(,, 空腹式石拱桥)。第二阶段是上世纪,,年代中至,,年代，主导桥型是低配筋双曲 拱桥。由于双曲拱桥耗用钢材少，施工中能化整为零，需要起重设备少，适应当 时钢材紧张、起吊能力低的特点，因而得到飞速发展。当时也研究过中小跨径混 凝土预制块拱、两铰拱等少筋拱桥，最大跨度是,,,,年建成的河南高县前河大桥 (跨度,,,,，双曲拱桥)。第三阶段是上世纪,,年代末到,,年代，主导桥型是大 中跨预制钢筋混凝土箱(肋)型拱桥。采用无支架吊装架设法建成的最大跨度是四 川，宜宾马鸣溪大桥(,,,,，跨度,,,,)。采用支架法建成的最大跨度是四川攀枝花 市宝鼎大桥(,,,,，跨度,,,,)。同时，国外钢筋混凝土拱桥的最大跨度己达,,,,(前 南斯拉夫克尔克桥,,,，,,,,)。第四阶段以,,,,年建成的四川宜宾南门金沙江大 桥为标志。该桥系中承式半劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度,,,,，居当时中承式拱 桥世界第一。在随后的几年中，我国几十座跨度,,,,以上的拱桥相继建成。,,,, 年建成的广西邕宁邕江大桥跨度达,,,,，把中承式劲性骨架混凝土拱桥世界 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 提高了,,,。重庆万州长江大桥也是劲性骨架混凝土拱桥。该桥跨度,,,,，把上 承式拱桥的世界记录由南斯拉夫,,,大桥的,,,,提高了,,,，如图,(,所示。,,,, 年贵州省建成了跨度,,,,的江界河大桥，居预应力桁架拱桥世界第一;,,,,年广 东省建成了跨度,,,,的南海三山西中承钢管混凝土拱桥，居钢管混凝土拱桥世界 第一;,,,,年山西晋城建成跨度,,,,的丹河大桥(图,(,)，居石拱桥世界第一; ,,,,年“世界第一拱”上海卢浦大桥建成，跨径,,,,，„为世界跨径最大的全钢结 构拱桥(图,(,)，比美国新河峡谷大桥还长,,,(图,(,);,,,,年重庆巫峡长江 大桥建成，净跨,,,,，为目前世界上最大跨度的钢管混凝土拱桥。这些跨度记录 第一章概述 和取得的设计旆工经验及科研成果说明:我国拱桥已全面跃居世界拱桥先进行列 舶,,,庆万州长江夫擀 哗,(,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 圈,,丹河大桥(山西) ,嘻,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,;,,,,,，,,) 圈,,上海卢漓大桥 ,嘻，,,,?,,,越,印,, ,,,, 第一章概述, 翻,,其蕾新河峡答太幡 ,嘻,,,,，,,,,,,,嚏,酗„,牡虹, ,,,,，, ,,(,拱桥的分类 ?按照结构体系分类 拱式桥跨结构按照静力图式可以分为三种类型…。 ,)简单体系拱桥 简单体系拱桥，可以做成上承式、下承式(无系杆拱)或中承式，均为有推 力拱。 在简单体系的拱桥中，上承式拱桥的拱上建筑或中、下承式拱桥的拱下悬吊 结构(统称为行车道系结构)(不与主拱一起承受荷载。桥上的全部荷载由主拱单 独承受(它们是桥跨结构的主要承重构件。拱的水平推力直接由堪台或基础承受。 按照主拱的静力特点，简单体系的拱桥又可以分成如下三种, (,)三铰拱 属于外部超静定结构。由于温度的变化、支座沉陷等原因引起的变形不会在 拱内产生附加内力，计算时无需考虑体系弹性变形对内力的影响。当地基条件不 良，又需要采用拱式结构时可以采用三铰拱。但由于铰的存在(使其构造复杂， 施工较困难，维护费用高(而且，减小了结构的整体刚度，降低了抗震能力。又 由于拱的挠度曲线在拱顶铰处有转折(对行车不利。因此，三铰拱一般较少使用。 国外三铰拱的最大跨径达,,,,。我国仅在一些较小跨径的桥上有所使用。公路空 ,第一章概述 腹式拱桥的拱上建筑中的边腹拱，常用三铰拱。 (,)两铰拱 属外部一次超静定结构。由于取消了拱顶铰，使结构整体刚度较三铰拱大。 在墩台基础可能发生位移的情况下或坦拱中使用，较之无铰拱可以减小基础位移、 温度变化、混凝土收缩和徐变等引起的附加内力。目前，世界最大跨径的两铰拱 桥是同本外津桥，跨径,,,,。 (,)无铰拱 属外部三次超静定。在自重及外荷载作用下，拱内的弯矩分布比两铰拱均匀， 材料用量省。由于无铰拱结构的整体刚度大，构造简单，施工方便，维护费用少， 因此在实际中使用最广泛。但由于无铰拱的超静定次数高，温度变化、材料收缩、 结构变形、特别是墩台位移会在拱内产生较大的附加内力，所以无铰拱一般希望 修建在地基基础良好的条件下，这使它的使用范围受到一定限制。不过，随着跨 径的增大，附加内力的影响要相对地减小，因而无铰拱仍是国内外拱桥上采用最 多的一种构造形式。 ,)组合体系的拱桥 在拱式桥跨结构中，行车系的行车道梁与拱组合，共同受力，称为组合体系 拱桥。 由于行车系与主拱的组合方式不同，其静力图式也是不同的。组合拱可分成 无推力的和有推力的两类。同样，组合拱可以做成上承式的或下承式的。常用的 有以下几种型式: (,)无推力的组合系杆拱 拱的推力由系杆承受,墩台不承受水平推力。根据拱肋和系杆的刚度大小及 吊杆的布置型式可以分为:具有竖直吊杆的柔性系杆刚性拱、具有竖直吊杆的刚 性系杆柔性拱和具有竖直吊杆的刚性系杆柔性拱。 (,)有推力的组合体系拱 此种组合体系拱没有系杆，由单独的梁和拱共同受力，拱的推力由墩台承受。 ,)拱片桥 上边缘与桥面纵向平行，下边缘是拱形的推力结构，称为拱片。,在拱片中， 行车道系与拱肋刚性连成整体，共同承受荷载，。故它仅能用于上承式桥梁。拱片 的立面可以做成实体拱片，也可以挖空做成桁式拱片。根据桥梁宽度的不同，拱 片桥由两片以上的拱片组成，并用横向联系将各拱片联成整体,:行车道板支承在 拱片上。拱片桥可以做成无铰、两铰、或三铰，它的推力由墩台承受。 ?按照主拱的截面型式分类 主拱的横截面型式很多，通常可以分为下面几种类型? 第一章概述, ,)板拱桥 如果主拱的横截面是整块的实体矩形截面，成为板拱桥。板拱桥是最古老的 拱桥型式，由于它构造简单施工方便，至今仍在使用。 由于在截面积相同的条件下，实体矩形截面比其它型式截面的截面抵抗矩小， 在有弯矩作用式，材料的强度没有得到充分利用。如果要获得与其它型式截面相 同的截面抵抗矩，板拱就必须增大截面积，这就相应地增加了材料用量和结构的 自重，故采用板拱是不太经济的。 ,)肋拱桥 为了节省材料，减轻结构自重，必须充分利用材料的强度，以较小的截面面 积获得较大的截面抵抗矩，将整块的矩形实体截面划分成两条(或多条)分离式 的肋，以加大拱的高度，这就形成了由几条拱肋组成的拱桥，称为肋拱桥。肋拱 桥的拱肋可以是实体截面、箱形截面或桁架截面。肋拱桥材料用量一般比板拱桥 经济但构造比板拱桥复杂, ,)双曲拱桥 主拱圈的横截面是由数个横向小拱组成，使主拱圈在纵向及横向均呈曲线形， 故称为双曲拱桥。 双曲拱截面的抵抗矩比相同截面面积的实体板拱拱圈要大:?因此可节省材料， 结构自重力小，特别是它的预制构件分得细，吊装质量轻,(?在公路桥梁上获得过 广泛的应用，最大跨径达,,,,;但由于其截面组成划分过细，整体性能较差，建 成后出现裂缝较多。 ,)箱形拱桥 将实体韵扳拱截面挖空成空心箱形截面，则称为箱形拱或空心板拱。由于截 面挖空，使箱形拱的截面抵抗矩蔽相同截面积的板拱的截面抵抗矩大得多，从而 大大减小弯矩引起的应力;节省材料较多。。 ,(,双曲拱桥发展概况 我国的拱桥有,,,,瓣的历史,在世界上有重在总结古老拱桥建筑的基础上,，发展了一种要的地位,解放以后，我国又 ,,,,,?江苏省无锡的建桥工人在无锡市东享小河上建起,了我国新型拱桥,双曲拱桥甲,,。 第一座双曲 拱桥，这座拱桥是一座农桥，全长仅,米，一宽,(,米，矢度,,,,的平坦拱，采用了 钢筋混凝土预制构件，在现场安装而成，采用三肋二波砖结构，可通行手扶拖拉 机。从此以后，这种新型拱桥迅速发展起来。,,,,年，跨长,,,米的河南嵩县前河 桥建成，其后，跨度儿,米的湖南罗依溪大桥，跨度,,,米的沪定河大桥，全长,,,, 米的长沙湘江公路大桥，长,,,,米的浙江兰溪县兰江大桥(见图,(,所示)等双曲 ,第一章概述 拱桥相继建成。举世闻名的南京长江大桥南北两端共有,,孔(南端,,孔(北边,孔) 总长,,,,米的引桥(就全部是双曲拱桥见图,(,所示。 圈,,夤江兰鞋墨兰江大桥 ,嘻,(,,?,,,,,,,,,,,,，,,?,;,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,;, 到,,年代初，这样的拱桥己经建造了几十万米。仅江苏一个省就建立了近万 座双曲拱农用桥梁。我国目前最长的双曲拱公路桥是江苏省淋阳的新沂河大桥， 全长,,,,米，有,,孔，,,,,年建成通车。河南省嵩县前河大桥是我国单孔跨径最 大的双曲拱桥，孔距跨度达,,,米，矢跨比为,:,,，,,,,年建成如图,(,所示,在 铁路工程中，也广泛采用了双曲拱型桥粱。我国第一座用于铁路双曲拱桥是位于 湖南省长沙与韶山之间的东方红双曲拱桥，,,,,年底建成通车。 田,,南豪,江?桥引擀 ,嘻,，，,,,,,,,,,,,,,,,,,，，虹，,，峙嘶, ,,,,,,,,,, 第,章概述 田?,河南鬻县前河大桥 ,蚺,(,,,,,,,,,,,喇,,,,,,,,;,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,;, 这种桥型在结构上继承了砖石拱桥的优良传统(吸收了现代装配式钢筋混凝 土桥的优点，在外观上具有民族特色。它是用两根配有钢筋的预制混凝土拱形肋 (称为拱肋)架设在桥台上，两肋间用几根预制的混凝土横杆互相抵牢，并用穿 心螺杆栓紧，与拱肋组成拱架。然后在拱肋上横向砌砖拱(成为拱波)，再在砖拱 上浇注混凝土(称为拱板)，将各部分结合成整体。这样的结构即发挥了预制装配 的优点(可以适应无支架旌工和无大型吊装机具的情况，节省木材，加快施工进 度:又充分利用圬工材料酌抗压强度，节省钢材，并且便于施工，深受群众欢迎， 所以得到迅速推广，至今已有四十余年历史。 但也正因为双曲拱桥的构造和旖工特点(施丁中存在稳定性不足，断面抗弯 性能较弱，整体性差等缺点，不少双曲拱桥都出现了较为严重的开裂，影响了桥 梁承载能力的发挥及正常使用寿命。随着我国交通运输的不断发展，车辆特别是 重车迅速增多(在六、七十年代大量修建的低荷载标准的双曲拱桥在长期超负荷 运营的过程中逐渐暴露出结构、设计上的缺陷，出现了不同程度和不同类型的病 害，这些问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 导致承载能力不足的同时，有的甚至达到危害行车安全、影响正常 交通运行的程度。由于双曲拱桥的诸多缺陷，日前的新建桥梁中已很少采用该类 桥型。 第一章概述 ,研皤 圈，,盒城江一桥 ,嘻,?,,,,,;,,, ,,,,,,,,,,,(, ,(,双曲拱桥病害与加固方法现状 ,,,双曲拱桥常见病害 ?拱桥常见裂缝 拱桥结构形式很多，但裂缝多而有代表性的当数双曲拱桥。拱桥中有共性的 裂缝，双曲拱桥基本上都有，而双曲拱桥中的有些裂缝(如环向裂缝)其他拱桥 就没有。下面扼要介绍双曲拱桥桥中一些常见裂缝…。 ,)拱桥的径向裂缝 拱桥径向裂缝经常发生在拱脚和拱顶两个部位。其方向与拱轴线垂直。 拱脚附近的径向裂缝是由负弯矩引起的，上宽下窄，垂直于拱轴线向下延伸。 当拱背布置有纵向钢筋时，从拱脚截面上缀开始，可出现几条大致平行的裂缝。 裂缝宽度最大的一条在拱脚，向),,跨方向运渐减少。如裂缝宽度超过,(,,唧时， 应视为不正常裂缝。当拱背无钢筋时，裂缝的宽度往往较大，但缝数较少。 拱项附近的径向裂缝是由正弯矩引起的。裂缝下宽上窄，沿竖直方向向上延 伸。裂缝宽度拱顶较大，向,,,跨方向逐渐减小以至消失。这种裂缝还会引起拱 顶下沉。 第一章概述, 拱圈的径向裂缝是拱桥中最常见的裂缝。建造拱桥时，应提高质量，采取有 效措施，避免产生裂缝。但在己建成的拱桥中，拱脚、拱顶出现了径向裂缝时， 只要拱脚、拱顶处的径向裂缝没有到达截面的中性轴，不会明显降低拱的承载能 力，并无垮塌的危险，一般可以(或者通过加固)继续利用。 ,)拱圈的纵向裂缝 拱圈宽度较大(,,,,一,,,以上)的圬工拱桥和双曲拱桥中，常见拱桥出现纵向裂 缝。这种裂缝通常在桥面中线附近顺跨径方向延伸，严重时有贯通全桥、将拱圈 “一分为二”之势。当拱圈宽度很大(,,,)时，还可能出现第二条纵向裂缝。 ,)拱肋与拱波结合面上的环向裂缝 拱肋与拱波结合上的环向裂缝仅发生在双曲拱桥中。环向裂缝的最大宽度一 般是在拱脚和拱顶，从拱脚和拱顶向两,,,跨裂缝逐渐减小以至消失。不同部位 的环向裂缝由不同的原因所形成。拱脚附近的环向裂缝主要是由肋、波之间的抗 剪能力很弱、拱脚剪力较大所引起的，而拱顶附近的环向裂缝，则是由于拱肋受 拉时产生了径向拉力，而肋波间抗拉能很小所产生的。 早期采用矩形拱肋的双曲拱桥，肋、波、板的结合面非常薄弱，特别是采用 无架吊装施工时，在吊装过程中施工人员需要在拱肋上来回行走，使拱肋顶面不 清洁甚至沾上油污，截面实际抗剪和抗拉的能力都很小，因而这个结合面上很容 易出现环向裂缝。严重时拱肋与拱波完全脱开，使按组合截面计算的主拱圈变成 叠合截面，大大地降低了桥梁的承载能力其后果比较严重。 后期采用倒,形拱肋的双曲拱桥，肋、波、板结合较好，只要桥台无明显变 位，施工时又能保证质量，采用这种截面形式可以避免肋、波之间出现环向裂缝。 ?主拱圈变形 主拱圈变形也是拱桥常见的一种病害，其表现主要是主拱圈轴线变形:矢高 减小，拱顶凹陷;拱轴线不对称变形等,?。 ?拱肋强度不足引起承载力的降低 拱肋是拱桥主拱圈的重要组成部分，它与拱圈共同承受全部恒载和活载，是 主要受力构件。因此，当其抗弯强度和刚度不足时，往往使承载能力降低，同时 也会引起其他构件的损坏。 ?横向联系不足而引起失稳 双曲拱桥拱肋中设置横向联系是很重要的。在集中荷载(车辆荷载)作用下 各片拱肋的变形就比较均匀。而且，随着横向联系的加强，各片拱肋间的变形更 趋于一致。由于横向联系的设立，使单片的拱肋在横向成为整体，形成一个拱形 框架，从而大大加强了拱肋的横向刚度，保证了拱肋的横向稳定性。当横向联系 布置不够或强度不足而产生损坏时，将会使拱桥横向稳定性降低;拱波顶出现纵 ,,第一章概述 向裂缝。 ?拱上填料排水不畅等原因引起的侧墙鼓肚破坏 双曲拱桥侧墙发生鼓肚，一般是由于排水不良，填土内聚集大量水分而造成 膨胀，也可能是建筑质量不佳引起的。 ?墩台基础 桥梁墩台和基础是桥梁的重要组成部分，是直接随桥梁上部结构的荷载，同 时将荷载传递给地基的受力结构阳,。 桥台使桥梁与路堤相连接，因此，它除了承受上部构造的荷载外，还要承受 来自台后路堤填土的压力。而桥墩所受的外力则比桥台要大一些，除了承受上部 构造荷载外，还要承受风力、流水压力、冰压力、浮力以及特殊情况下可能发生 的船只或漂流物的撞击力等。 桥梁墩台基础在长年使用中，还将受到地震力的作用。此外，由于过桥车辆 的日益重型化，实际上部分活荷载已超过设计标准的负荷要求，墩台的负荷强度 在不断地增加，经常受到过重活荷载的作用，使其在使用一定时间后会出现不同 程度的损坏，产生各种缺陷。 ,(,(,拱桥常用的加固方法 拱桥的维修加固，除对下部构造采取维修加固措施外，上部构造的维修加固 主要是指对拱肋的加强、拱横向联系梁的加强以及上部结构填料的调整等工作。 现将目前常用的几种加固方法简要介绍如下,叫…: ?粘性钢板加固拱肋法 为加强拱桥拱肋强度，可以在拱肋表面清理整洁后，用环氧类砂浆粘贴钢板 的方法来提高其承载能力。在拱圈产生裂缝或承载能力不足时，采用该法加固效 果明显。粘贴钢板的位置主要置于拱肋截面下，可用成条整版(或分块焊接)在 拱圈弧形范围内间隔粘贴。为使钢板加固能够粘贴牢固，可分块粘贴，然后再在 钢板接头处焊接。 ?锚喷混凝土加固法 “锚喷混凝土:实际上由两部分组成，首先是将锚杆锚入拟补强部位结构内， 挂设补强钢筋网，然后再喷射一定厚度的混凝土，形成与原结构共同承受外载作 用的组合结构。所以，锚喷混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气将新混凝土混 合料，通过管道高速喷射到已锚固好钢筋网的受喷面上，待其凝结硬化形成的一 种钢筋混凝土。通过锚喷加固层与原结构紧密粘结在一起，既阻止了原结构继续 变形和开裂，又充分发挥原结构的作用，共同承受外荷载。锚喷混凝土加固旧桥 所形成的组合结构，既根治了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中的病害， 第一章概述,, 又恢复了结构变形的协调性，使其能承受更大的外荷载 ?拱肋截面扩大加固法 此法是通过采用钢筋和混凝土外包原拱肋，从而达到扩大拱肋截面尺寸，增 加拱肋截面的含钢率或变无筋拱肋为有筋拱肋，提高拱肋截面的抗弯刚度的一种 加固方法。 ?增设拱肋加固法 在较大跨径的拱桥下修建一座跨径较小矢高较大的拱肋，使拱肋的上弦与老 拱桥连接在一起，新桥台与老桥台连接在一起。此法可用于大跨径、桥台水平位 移大的有肋或无肋拱桥的加固，但要求主拱圈基本完好。 ?拱肋问横系梁加强法 当横向联系软弱时，可采用加大原拱肋间横系梁截面，或在原横系梁边上另 加一根横系梁，以加强拱肋抗扭刚度和横向整体性的方法加固。此法一般可与前 述拱肋截面扩大法一起考虑，同时进行，能取得较好的加固效果。 ,体外预应力筋加固法 在梁式桥中采用施加体外预应力减小弯矩的方法，在拱式桥中同样适用。鉴 于控制拱圈设计的弯矩经常是拱脚的负弯矩，因而可采用人,,,，习,,臂在拱的弹性中 心附近施加预应力，通过调整张拉力的大小和着力点的坐标，可以抵消拱脚过大 的负弯矩和拱顶过大的正弯矩。这一方法在提高上部结构承载力的同时，还可以 适当减小下部结构的水平推力。 ?碳纤维加固 碳纤维是一种新型建材，因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广 泛应用。碳纤维布加固法亦被视为桥梁加固补强、提高承载力，尤其是当建筑高 度受限制时的首选加固方法，其施工工艺也很简单。碳纤维材料的出现和成功应 用于土木工程的加固和补强上，使土木工程加固技术研究更上一个台阶。 ?调整拱上自重、改变结构体系加固法 当拱桥由于自重或地基土承载力不足，致使拱脚发生平移或转动，拱轴线发 生变形时，在条件许可的情况下，可采取调整拱上自重的布置，改变拱桥结构体 系的方法，来改变拱圈受力情况，以达到加固的目的。 ,(,本文研究主要内容 本文主要针对双曲拱桥的病害和加固方法，以四川达县平滩大桥为工程依托 开展研究，主要内容如下: ,)针对双曲拱桥特有的病害特征，介绍了目前拱桥的加固方法。 ,)详细介绍了双曲拱桥的构造与计算。 第一章概述 ,)详细介绍了双曲拱桥的病害与加固方法。 ,)结合达州平滩的加固实例，介绍了双曲拱桥的几种典型的病害和加固方 法。 第二章双曲拱桥构造与计算 第二章双曲拱桥构造与计算 ,(,双曲拱桥构造 双曲拱桥通常由主拱圈、拱上建筑及桥面系组成如图,(,所示 ,一拱肋;,一预制拱波;,一横隔板:,一防水层;,一填料:,一路面:,一人行道块件;,—侧 墙;,一腹拱;,,一盖梁;,,一立柱;,,一桥墩 图,(,双曲拱桥的机构组成 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,, ,(,(,主拱圈的构造 主拱圈一般由拱肋、拱波、拱板和横向联系构件等几部分组成，如图,(,所 示。 预制拱波现浇拱扳强制挟曲横向联系 图,(,双曲拱桥的主拱圈构造图 ,,,(,(,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,, ?拱肋 拱肋是施工阶段的拱架，又是主拱圈的主要组成部件，分段预制的拱肋在支 架上拼装或无支架悬吊拼装成拱后，再在其上砌置拱波，浇筑拱背混凝土，然后 ,,第二章双曲拱桥构造与计算 设置拱上建筑并浇筑桥面。常用的拱肋截面形式有矩形、倒,形、槽形以及工字 形等截面型式(图,(,)。 矩形拱肋倒,形拱肋槽型拱肋工字形拱肋 图,(,常用拱肋截面形式 ,,,(,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,, ?拱波 拱波不仅是与主拱圈共同承受荷载的组成部分，而且是浇注拱板混凝土的模 板。 拱波一般都用混凝土预制，常做成圆弧形，有时为了节约水泥，也可因地制 宜地采用砖砌或石砌拱波，砖石拱波的砌筑，可在拱肋之间架设的滑动托架上进 行，施工简易，但进度较慢，也费人工。第一座双曲拱桥的拱波就是用砖块砌成 的。混凝土预制拱波多采用圆弧线，按其跨径和宽度，可分为普通型和大型两种。 普通型混凝土预制拱波的跨径一般为,(,,,(,,，跨度,,,;,，矢跨比为,,,—,,,。 大型混凝土预制拱波的跨径一般为,—,,，厚度为,,,;,，矢跨比为,,,—,,,，宽度 为,(,,,;,。 ?拱板 拱板多采用现浇混凝土，它把拱肋、拱波结合成整体，使拱圈能以实现“集 零为整”，因此，拱板在加强拱圈整体性方面起着重要的作用。早期建造的双曲拱 桥的拱波曾采用填平式拱板(图,(,,)，因其体积大，且主拱圈截面厚薄不均，刚 度相差较大，波顶最弱，在活载和混凝土收缩、温度变化等附加荷载作用下，常 导致波顶纵向开裂。后改用波型或折线型拱板(图,(,,)，既可以节省材料，减轻 自重:又使主拱圈截面刚度均匀，截面形心接近中部，受力也较合理。 第二章双曲拱桥构造与计算,, 填平凌拱簸渡髟攫扳 图,(,拱板样式 ,)填平式拱肋,)波形拱肋 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,;,,,,,, ,),,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,),,,,,,, ,,,,,,;,,,, ?横向联系 主拱圈设置横向联系的目的，是为了保证主拱圈的整体性。在无支架施工中， 它可提高裸拱肋的横向稳定性，并承受砌筑拱波和拱板时的横向水平推力。在主 拱圈形成后，它可以提高截面的横向刚度，使主拱圈在活载作用下受力均匀，避 免拱波顶可能出现的纵向裂缝。横向联系常用的结构形式是横系梁和横隔板，通 常布置在拱顶、腹拱墩下面以及分段吊装的拱肋接头处等,,,。 早期修建的双曲拱桥，横向联系较多的采用横向拉杆,,,，它由一根直径为 ,,—,,,,,的钢筋拉条，穿过拱肋上预留的孔眼和混凝土套管组合而成。由于套管和 拱肋不成整体，极易松动，对加强主拱圈的横向刚度作用不大，有时甚至因跨中 拱肋产生扭转或过大的横向变形而出现拱板纵向裂缝。 ,(,(,拱上建筑的构造 拱桥主拱圈以上的部分称为拱上建筑，用来构成平缓的桥面，有的与主拱圈 共同承受活载。拱上建筑分为空腹式和实腹式两种，双曲拱桥,般多设计成空腹 式。空腹式拱上建筑一般由腹拱、横墙或立柱、底梁与盖梁、拱上填料、桥面、 侧墙等组成。 图,(,空腹式拱上建筑 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,;,,,,,,;,, ,,第二章双曲拱桥构造与计算 ?腹孔 腹孔采用较多的是等截面圆弧形混凝土板拱，施工时可按全厚度预制后安装， 也可先预制,,,,;,厚的板拱，安装后再在其上现浇一层混凝土。腹拱也可以采用 等截面圆弧形双曲拱或薄壳的形式,副。对于无填料的拱上建筑，为了减轻自重， 也可以采用梁板式腹孔。 ?横墙或立柱 双曲拱桥的腹拱墩常采用横墙和立柱。横墙施工简便，节省钢材，常用于基 础较好及河流有漂浮物时。为了节约场工，横墙也可以在横向挖空。当地基较差 时，为了减轻自重，腹拱墩可采用立柱。 ?底梁与盖梁 底梁的作用是传递横墙和立柱的荷载并较均匀地分布到拱圈，同时也便于横 墙砌筑和立柱的安装。当腹拱墩采用立柱时，在立柱上需设有盖梁，一般采用整 根预制的钢筋混凝土连续梁。 ?拱上填料 主拱圈拱项和腹拱拱顶上的填料可以减轻车辆的冲击，起到分散荷载的作用。 填料常采用沙砾，也有采用较轻的炉渣。软土地基上采用轻型拱上建筑时，可不 设填料，而在拱圈上直接铺筑混凝土桥面，但行车道边缘的厚度不得小于,;,,引。 ,(,(,墩台形式 拱桥的墩台除了承受垂直力外，还要承受较大的水平推力。因此对墩台水平 承载力要求较高，致使墩台体积较大，在软弱地基上很难避免产生较大的水平位 移和不均匀沉降，因而限制了跨径较大或者矢跨比较小的圬工桥的应用范围。双 曲拱桥则由于自重减轻，垂直反力和水平推力均相对的减小，因而其墩台构造向 轻型化发展乜,,。 ?桥台型式 ,),型桥台 一般适用于地基较好的地区。主要以土作为压重，利用桥台底板的摩阻力，; 来平衡拱圈的水平推力。 ,型桥台由前墙、侧墙和基础组成。台帽搁置在前墙上，侧墙主要起当土作用。 前墙和侧墙的顶宽，对于片石来说小于,,;,，块石、料石砌体及混凝土不小于,,;,。 前墙任一水平截面的宽度，不宜小于该截面至墙项高度的,(,倍。侧墙任一水平 截面的宽度，对于片石砌体不小于该截面至墙顶高度的,(,倍，块石、料石砌体 或混凝土不小于,(,,倍。其构造见图,(,所示: 第二章双曲拱桥构造与计算,, 帽侧墙 图,(,,型桥台构造图 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,, ,)空腹式,型桥台 适用于地基较软弱，水位变化不大，无冲刷或冲刷轻微的河岸。它有足够的 台背和台底面积，充分发挥台背土压力和基底摩阻力的作用。桥台内侧挖空，可 以减轻自重，利用间隔设置的撑墙来保证其有足够的刚度。 ,)组合式桥台 在冲刷较大的河床上，常采用由台身和后座两部分组成的组合式桥台。台身 基础一般采用桩基基础，主要承受垂直力;水平推力主要靠后背自重的摩阻力及 台后的土压力来平衡。这样，在台身采用桩基础，可以减少装数，减少装内配筋。 ,)轻型桥台 适用于小跨径拱桥，一般采用的有一字式台，前倾台和斜板式台等。其形式 的选定，要充分保证桥梁结构和路堤的稳定。其构造见图,(,所示 ,) 图,(,轻型桥台 ,)一字式,)前倾台;)斜板式台 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,, ?桥墩型式 第二章双曲拱桥构造与计算 ,)重力式桥墩 在冲刷不大，地基较好或者覆盖层不厚的情况下采用。一般墩帽采用高强度 的混凝土，顿神采用浆砌块石或片石，缺乏石料的地区也可爱用片石混凝土。有 时候为了节省单向墩的圬工体积，将墩身做成空心，中间填充砂浆砾石。其构造 见图,(,所示 图,(,重力式桥墩的构造图 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,, ,)柱式桥墩 这种构造较为轻巧，常与钻孔桩基础配合使用。一般采用单排柱，较大跨径 或高墩时，可采用双排柱，柱项设置承台，与柱连成整体。如桩直接与柱连接， 要在结合处设置横系梁。当跨径大于,—,,时，柱的中部应设置横系梁。柱、桩和 攒系梁都要配置受力和构造钢筋，其构造见图,(,所示。 ,,,阳 图,(,柱式桥墩构造图 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,, ;,,,,,,,,,,,, 第二章双曲拱桥构造与计算 ,(,双曲拱桥的特点 由结构力学知识可以知道,,？:，拱式结构在竖向荷载作用下，支承处不仅产生 竖向反力，而且还产生水平推力。由于水平推力的存在，拱的弯矩将比相同跨径 梁的弯矩要小很多，拱主要承受压力。同时双曲拱桥的主拱圈在横向也呈曲线形， 这就使得其在横断面也以受压为主:另一方面，双曲拱横截面的截面抵抗矩较相同 材料用量的板拱大，也就是说，在荷载相等的情况下，采用双曲拱时，需要的截 面面积较板拱要小，因而可以节省材料。当跨径相同时，双曲拱桥的自重也自然 比板拱轻，对地基的要求也相应降低，使其适用范围增大。 双曲拱桥的另一大特点就是主拱圈在施工过程中经历了“化整为零”和“集 零为整??两个阶段口,。化整为零，就是将主拱圈分成拱肋、拱波、拱板和横向联系 几部分，分别施工，并使先安装的构件起到安装或浇注下一道工序的支架模板作 用。施工中，先把分段预制的钢筋混凝土拱肋合拢，与横向联系构件组成拱形框 架，在拱肋上砌筑混凝土或砖石拱波，然后在拱波上现浇混凝土拱板，形成主拱 圈。“集零为整”，也就是由拱肋、拱波和拱板组成的组合截面。 双曲拱桥充分吸取了装配式钢筋混凝土结构的优点，一方面各部件可以分开 预制，加快了工程建设的进度，进而缩短工期:另一方面，先安装的构件起到了支 架模板的作用，可以进行无支架施工，节省大量木材，降低工程造价。此外把主 拱圈分成拱肋、拱波、拱板和横向联系几部分，分别预制施工，也降低了对施工 设备的要求，特别是对吊装设备的要求。 正是拥有上述的优点，符合了当时的经济发展需要，所以双曲拱桥一经出现， 犹如雨后春笋，很快就在全国公路上得到推广，并在铁路、渠道等工程结构中也 被采用。同时在另一方面，人们在实践中也认识了它所存在的缺点。首先，双曲 拱桥的主拱圈是个组合截面，施工工序多，整体性较差，容易开裂。其次，双曲 拱桥各部件的混凝土龄期相差较大，容易引起由于收缩、徐变及温度等原因形成 的裂缝。 ,(,双曲拱桥计算方法 ,,(,悬链线无铰拱弹性中心法 无铰拱为三次超静定结构，通常采用力法计算内力，为使典型方程中的副系 数为零，引入刚臂，利用弹性中心法求解。基本结构如图,(,,所示: ,,第二章双曲拱桥构造与计算 甄 ?, , , 图,(,,弹性中心法基本结构示意图 ,,,(,(,,,,,,,,;,,,,;,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;;,,,,,,,, 悬臂长度,。(由,:,,,。,,，得: ,互(,(,) ,毫 普, 典型方程简化成三个独立方程: , (,(,) 纠 却却却 :肿舻缈一置五死如瓯 忽略曲杆对变形的影响，系数和自由项可由公式(,—,)求得: 磊:辱出，睁,,(,(,) 铲等凼，睁，肛挚 ,，弘铷,,, 将公式(,,,)代人公式(,,,)中，求出三个多余未知力，无铰拱看作是在荷载 和多余未知力共同作用下的两根悬臂梁，任意截面内力可得: 埘 , ,， (,(,) 卜?翟墨,墨(叫吐吐 ,? ,绋坼 ::蒜肇 第二章双曲拱桥构造与计算,, 几何表达式为: 对于悬链线无铰拱， 拱轴线方程 (,(,) 赡,,,, 刍(;,,拱轴线微段表达式: (,(,) ,,—,) 拱轴倾角: (,(,) 留缈,,,,,,, (,(,) ,,,够,—产, ?,，矽,,，,七 ,,,, 善 式中,为拱轴曲线系数，有: 璺一 弹性中心距拱顶的距离为: 皿臌 (,(,) —?澌一 ?黼 霉螋娄 ,(,(,恒载内力计算 考虑恒载压力线偏离拱轴线的影响和弹性压缩，各截面的内力计算公式为: ?,击,， (,(,,) 肚南(,,，,,,)峨;,,伊 (,，,)，?, ,,千而，,，(以，?置)一尚,(以 ,,,？，峨,,,缈 式(,,,,)中:上边符号适用于左半拱，下边符号适用于右半拱; ，?;,, 缈,,舻十 ?。 第二章双曲拱桥构造与计算 以,;,,伊为不计弹性压缩时的轴向力; 乩,?呜,,为拱的恒载推力 ?呜为自拱顶至拱脚的恒载对拱脚截面的力矩 战、蝇为偏离值缈引起的弹性中心赘余 力; 蝇为赘余弯矩，战为赘余水平力;?,为任意截面的 其中: 偏离弯矩; ， ，，(上等 娌? ?:—与—,,,;,, 胪甫 互酱 胪百 ,々,(,(,,) ,(,(,活载内力计算 公路界习用的弹性理论进行拱桥结构分析时，对活载作用，首先要了解桥梁 的荷载横向分布，再联合内力影响线，作为拱桥内力空间分布的一种近似的分析 方法。任意截面的内力影响线为: 弯矩，轴向力，径向剪力: ,,,—,,,?,?，,, ,,,(,,,吁,，？;,(,(,,) ,(, ,,?？,,,—,,,,, ？, 式中:上边符号适用于左半拱，下边符号适用于右半拱。 ,——简支梁弯矩; ,——作用于截面以左的竖直外力总和，称梁式剪力:正值表示向上，负值表 示向下; 有了内力影响线之后，即可按最不利荷载位置进行布载，以求得最大内力。 活载作用下的总内力还需要将不考虑弹性压缩的内力与活载弹性压缩引起的内力 叠加起来。传统结构分析中，这种通过横向分布系数的概念，先将空间结构简化 为平面杆系结构，再通过对平面杆系结构影响线加载求内力的方法存在一个从空 间到平面的简化过程，结果存在一定的近似性。 第二章双曲拱桥构造与计算,, ,(,(,连拱作用对主拱圈内力的影响 多孔拱桥在荷载作用下，各拱墩结点会产生水平位移和转角，考虑各拱墩结 点产生变位的计算，称为“连拱计算”。已经查明，在拱墩结点的两个变位未知数 中，结点水平位移对拱、墩内力的影响较大，而转角对拱、墩内力的影响较小。 一般而言，桥墩相对拱圈愈细柔，拱墩结点的水平位移愈大，连拱作用愈显 著。反之，桥墩相对拱圈愈刚劲，结点的水平位移愈小，连拱作用愈小。仅当桥 墩相对拱圈的刚度接近无限大时，在荷载作用下，各拱墩结点才不会产生变位， 即不存在连拱的影响。在实际拱桥中，桥墩相对拱圈的刚度，不可能无限大，即 使是采用刚度较大的重力式墩，桥墩的抗推刚度一般不超过拱圈抗推刚度的,,倍， 在这种情况下，仍有一定的连拱作用。分析表明:多孔拱桥按固定拱计算时，一般 计算桥墩的内力偏大，而拱圈的内力偏小:换言之，固定拱的计算方法使桥墩的设 计偏于保守，而拱圈的设计却偏于不安全。为了更准确地反映桥梁的实际受力情 况，一般多孔拱桥，均应考虑连拱作用的影响。在多孔连拱中，除非各孔跨径相 等、矢跨比相同、上部构造完全一样时，恒载的内力与固定拱内力才无差异。如 果各孔跨径不尽相同、矢跨比不完全相等或上部构造不完全一致时，则应考虑连 拱作用。 ,(,(,有限单元法 有限元法是随着数字计算机的出现而发展起来的一种有效的数值计算方法。 “有限单元”这一术语是,,,,年由,,,,,,首先提出，并应用于求解弹性力学中 的平面应力问题。有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组由有限 个且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体，利用在每一个单元内假设的近 似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。单元内的近似函数通常由未 知场函数或其导数在单元的各个结点上的数值和其插值函数来表示，未知场函数 或其导数在各个结点上的数值就形成了新的未知量(自由度)，从而使一个连续的 无限自由度问题离散成有限个自由度问题。一经求解出这些未知量，就可以通过 插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。 从数学角度来讲，有限元法是从变分原理或加权残数法出发，通过区域剖分和分 片插值，把数值方程的边值问题化为等价的一组多元线性代数方程的求解法?,。 如今，桥梁专家和工程师们已经广泛采用有限元法进行拱桥结构分析与计算。 它可以解决传统计算理论带来的不足，能够建立具有足够精度的全桥统一的有限 元模型，采用适当的连接方式模拟拱上建筑和主拱圈的联合作用，从而避免因内 力计算误差而导致的设计不当。利用所建立的空间模型进行控制截面某量值的影 ,,第二章双曲拱桥构造与计算 响面分析，可以比较准确地确定其最不利位置，克服了利用影响线带来的活载横 向分布的误差。 有限元法的分析过程大致可分为以下几步,,: ?结构的离散化 所谓的结构离散化，就是将结构物分解为有限个单元体，并在单元体指定点 设置结点，使相邻单元的有关参数具有一定的连续性，并构造一个单元的集合体 以它代替原来的结构。 双曲拱桥是一种空间结构，且结构复杂，超静定次数高。有限元法是解决复 杂工程问题的一种最有效的数值方法，随着计算机技术的迅猛发展，桥梁工程师 己经广泛采用有限元进行拱桥结构的分析与计算,引。 有限元分析中有多种单元型式，如杆单元、梁单元、板单元和实体单元等。 在进行双曲拱桥分析时，通常可将其看成由多个杆单元或梁单元组成的杆系结构， 对于复杂结构也可采用实体单元进行分析。根据计算精度要求可按平面结构(只考 虑节点在平面内的位移，即水平位移,、垂直位移,和角位移,)进行分析计算， 也可按空间结构(考虑节点在空间内的有六个自由度)进行分析乜?。 ?选择位移模式 在完成结构的离散之后，就可以对典型单元进行特性分析。此时，为了能用 结点位移表示单元体的位移、应力和应变，在分析连续体的问题时，必须对单元 中位移的分布作出一定的假定，也就是假定位移是坐标的某种简单的函数，这种 函数称为位移模式或插值函数。选择适当的位移函数是有限单元分析中的关键。 通常选择多项式作为位移模式。其原因是多项式的数学运算比较方便，并且由于 所有光滑函数的局部，都可以用多项式逼近。至于多项式的项数和阶次的选择， 则要考虑单元的自由度和解的收敛性要求。一般来说，多项式的项数应等于单元 的自由度数，它的阶次应包括常数项和线性项等。单元的自由度数是指单元结点 „ 独立位移的个数。 根据所选定的位移模式，就可以导出用结点位移表示单元内任一点位移的关 系式，其矩阵形式为: ,厂),【?】,万)。(,(,,) 式中: ,厂),单元内任一点的位移矩阵: 【?卜为形函数矩阵，它的元素是位置坐标的函数。 ,艿,,一指单元的结点位移列阵: ?单元的力学特性 第二章双曲拱桥构造与计算 位移模式选定之后，就可以进行单元的力学特性分析，包括下面三部分的内 容;利用几何方程，由位移表达式(,(,,)导出用节点位移表示单元应变的关系式: ,),,,】,万)。(,(,,) 式中: ,卜单元内任一点的应变列阵; ,曰卜单元应变矩阵; ,万),同上 利用本构方程，由应变的表达式(,(,,)导出结点位移表示单元应力的关系式: ,盯),,,】,,】,万),(,(,,) ,),单元内任一点的应力列阵; ,,卜与单元材料有关的弹性矩阵。 利用变分原理，建立作用于单元的结点力和节点位移之间的关系式，单元的 平衡方程: ,厂)。,【,】。舻)。(,—,,) 式中: ,,)。称为单元刚度矩阵，推导 ，,,。,『『,,曰】,,,,,,, 上式的积分应遍及整个单元的体积。利用变分原理还同时导得等效结点力 ,,,,,,(,(,,), ,，)。 在以上三项中，导出单元刚度矩阵是单元特性分析的核心内容。 ?集合所有单元的平衡方程，建立整个结构的平衡方程 这个集合过程包括有两个方面的内容:一是将各个单元的刚度矩阵，集合成整 个物体的刚度矩阵:二是将作用于各单元的等效结点力矩阵，集合成总的载荷列 阵。最常用的集合刚度矩阵的方法是直接刚度法。一般来说，集合所依据的理由 是要求所有相邻的单元在公共结点处的位移相等。于是得到以整体刚度矩阵,,,， 载荷列阵,,)以及整个物体的结点位移列阵舻)表示的整个结构的平衡方程: ,,,,田,【,】(,(,,) 这些方程还应考虑几何边界条件作适当修改之后，才能够解出所有的未知结 点位移。 ,,第二章双曲拱桥构造与计算 ?求解未知结点位移和计算单元应力 由集合起来的平衡方程组(,(,,)解出未知位移。在线性平衡中， 可以根据方 程组得具体特点选择适合的计算方法。 并加以整理 最后可以利用公式(,(,,)和已求出的结点位移计算各单元应力， 得出所要求的结果。 ,(,传统拱桥计算理论与有限元分析方法的对比 拱桥是多次超静定的空间结构，但传统的拱桥计算理论一般采用平面框架模 型，并将主拱结构计算与拱上建筑计算分解开来，同时假定全部外部荷载由主拱 承受，而拱上建筑当作将荷载传递给拱的局部受力构件，不与主拱共同作用。这 种假定虽然简化了结构物的计算图示，但不能精确地反映结构各个局部的真实受 力情况。产生计算误差的主要原因有啪,: ?拱上建筑与主拱的联合作用。混凝土拱桥中拱圈与拱上建筑是不同程度地 联合受力的。主拱的弹性变位影响到拱上建筑的受力，而拱上建筑则约束着主拱 的变位。理论计算与试验表明，计入拱上建筑联合作用影响后，主拱所受弯矩可 有所降低，随桥梁与主拱抗弯刚度的比值增大而增大，随拱上建筑与主拱连结情 况不同而不同。 ?活载的横向分布。在横桥方向，不论活载是否作用在桥面的中心，在桥梁 的横断面上都会出现应力的不均匀分布。研究指出，对于拱顶截面，不考虑横向 分布系数往往偏于安全。 ?局部构造的结构计算中难以准确模拟模型的边界条件。拱上建筑与主拱的 联合作用显著影响拱上建筑的内力。拱上建筑刚度越大，影响越大。考虑与主拱 共同工作计算分析所得的内力与分开计算的内力结果迥然不同，弯矩甚至可能变 号。如按分开计算而采用的构造失当，则拱上建筑可能严重开裂甚至破坏。可见 若不能准确地模拟拱上建筑的边界条件，将有可能导致较大的计算误差而对结构 产生不安全的影响。 ,(,本章小结 本章主要介绍了双曲拱桥的结构构造以及结构计算的一般方法。这些方法主 要是: ?采用力法计算悬涟线无铰拱内力，为使典型方程中的副系数为零，引入刚 臂，利用弹性中心法求解。 第二章双曲拱桥构造与计算,, ?有限元法就是利用一些有限元计算软件，建立空间有限元模型。再利用所 建立的空问模型进行控制截面某量值的影响面分析，可以比较准确地确定其最不 利位置，克服了利用影响线带来的活载横向分布的误差。 本章还结合这两种不同的计算方法，经行了比较并指出了传统方法的不足， 以及产生的原因。 ,,第二章双曲拱桥病害与加固方法 第三章双曲拱桥病害与加固方法 ,(,概述 双曲拱桥因其建桥年代的情况和要求，设计荷载偏低、桥面窄小、功能不全、 承载力不足，后由于运输量的增加和荷载标准的提高，双曲拱桥出现了各种各样 的病害。成为交通运输发展的潜在隐患。从全国各地对双曲拱桥进行调查的结果 来看，双曲拱桥存在的病害主要表现在以下几个方面乜瑚,: ?荷载标准低(一般为汽一,,、拖一,,;,,,,年以后又改为汽一,,、挂一,,级); 桥宽不足(按旧桥梁设计规范，,,,,年规定，一般为净一,(,,，,,,,年以后又改 为净一,(,,)。 ?结构主拱圈部分整体性差。早期修建的双曲拱桥，在结构处理上和施工过 程中对拱肋与拱波之间的联结重视不够，加上横向联系比较薄弱，主拱圈抗扭刚 度不足，致使拱肋、拱波接触处容易开裂甚至脱开，沿主拱圈出现环形裂缝，因 而主拱圈组合断面不能整体受力。 ?主拱圈截面尺寸不足。由于设计上过分强调省料，主拱圈截面设计偏小， 特别是拱肋截面尺寸偏小。在计算上通常采用内力叠加法，按组合截面验算，实 际上在施工过程中拱肋要承受拱波、拱板及其自身的重量，处于应力叠加状态， 拱肋截面往往由于应力过大而过早开裂。由于主拱圈截面不足，又导致主拱圈刚 ?度不足，变形较大，使主拱圈出现坍陷现象。 ?拱上建筑处理不当。在双曲拱桥设计中虽未计及拱上建筑的联合作用，但 它实际上对构成上部结构的整体作用及行车条件和荷载的均匀传递起着一定的影 响。有些实腹式双曲拱桥的侧墙采用砖砌形式，由于砖砌侧墙过薄，砌筑质量又 较粗糙，长期运营后侧墙发生外凸甚至剥落，使拱上填料松散，影响了主拱圈的 横向共同均衡受力，从而导致拱肋等的开裂。 ?修建在软土地基上的双曲拱桥，可能由于对基础的处理不当，使墩台发生 不均匀沉降和水平位移等，导致主拱圈过大的变形与开裂。 ,(,双曲拱桥的病害及其特征 双曲拱桥的病害与拱桥存在一定的共性，但也有自身的特点。双曲拱桥一方 面存在着结构钢材用量少、横向联结能力及整体结构性能差等先天不足，另一方 面在长期重荷载、大交通量的运营情况下，加之养护不力，使得双曲拱桥在运营 一段时间后，都出现不同程度的病害。这些病害的产生影响了桥梁的承载能力， 而且大都还在继续发展，严重影响桥梁的使用寿命。本节将介绍双曲拱桥的常见 第二章双曲拱桥病害与加同方法,, 病害，分析产生病害的原因并提出预防措施。裂缝是双曲拱桥的主要病害形式， 见图,(,所示。而按照病害发生位置的不同，可以将这些病害分为:桥面系病害、 腹拱病害、主拱圈病害及墩台基础的病害?,,,。 图,(,双曲拱桥的裂缝类型 ,,,,(,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,, ,(,(,桥面系病害 桥面及附属设施，包括桥面铺装层、桥面防水层、桥面排水设施、桥面伸缩 缝装置、栏杆以及桥头引道，是桥梁结构不可缺少的组成部分。它们的好坏将直 第三章双曲拱桥病害与加同方法 接影响到桥梁结构的使用性能和耐一久性。常见的桥面系病害有:桥面不平整、桥 面不洁、栏杆断裂、残缺和跳车等。当发现桥面及附属设施有缺陷时，应当及时 修补完善,,,,,,】。 ?桥面不平整 公路双曲拱桥由于修建年代较早，在桥面铺装中大多采用沥青混凝土，即使 是普通水泥混凝土，其钢筋用量也很少，桥面铺装的刚度很低，在重车荷载的作 用下，桥面易产生纵横向或网状裂缝，有的甚至表层剥落、下陷。 造成桥面破坏的主要原因是缺乏基层填料，拱上填料厚薄不一，对面层的刚 性不一，沉陷不一，沙砾填料只能算桥面的垫层，虽具有足够的强度但是整体性 能差:有的是因为桥面不洁、排水不畅通，填料内积聚大量水份而胀鼓所引起的; 也有的是由于腹拱板断裂、主拱圈的破坏而引起桥面随之变形破坏。 桥面不平整对行车的影响，轻则使行车有轻微颠簸，重则会引起跳车，这样 就加剧了构件疲劳，影响桥梁的整体使用寿命。此外重车交通量的增长，材料性 能不好，施工工序或施工加载不正确、气温条件的影响也是产生和加剧病害的重 要原因。 ?桥梁栏杆断裂、残缺 桥面栏杆损坏后，没有及时维修恢复，在许多失养的公路线上都能看见。栏 杆损坏的原因绝大多数是由交通事故造成的:也有因为桥梁净宽窄，车辆交会不顺 或与之连接的道路线形较差，运载过长货物的车辆在桥上行驶不慎造成的:还有的 是因为桥梁没有设置伸缩缝，栏杆不能自由伸缩所导致的:少数是人为碰损或盗窃 所致。桥梁栏杆损坏，如不及时修整，不但影响美观，更重要的是使桥上交通缺 乏安全感。 ?桥头产生跳车 桥头跳车不但影响车速，降低行车质量，而且也会影响桥梁使用寿命，严重 的跳车甚至会导致汽车弹簧钢板折断。 跳车产生的主要原因是由于桥头引道填土与桥梁结构物之间的不均匀沉降， 也有因为桥面伸缩缝不平顺或者损坏，致使桥梁桥面与引道路面衔接处不够平整、 顺适，从而使车辆驶过桥头时，产生轻微或严重的跳车。 ,(,(,腹拱病害 在对危旧双曲拱桥的调查中，发现几乎所有空腹式双曲拱桥的腹拱都有不同 程度的损坏，主要有腹拱圈裂缝、立柱或横墙的规律性裂缝以及盖梁和底梁的裂 缝等，见图,(,所示?。 ?腹拱圈裂缝 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, 腹拱圈裂缝病害主要有腹拱横向裂缝和环向裂缝，且横向裂缝较为严重，对 结构的影响也较大。 ,)横向裂缝 腹拱横向裂缝产生的原因是:在结构上，腹拱多为预制混凝土构件，多孔构成 连拱，没有按主拱变形的需要设锼，或只设了简易铰，但却起不到铰的作用。在 使用过程中，由于荷载、温度变化、主拱变形及硅收缩等作用，使腹拱内产生了 较大的内力而引起开裂。对于未设铰的边腹拱，开裂尤其严重，有些形成断裂后 出现错动，造成破坏。 瓣 朋,,廑拱?横向裂盛 ,,,,(,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,, ,,,,,,?, ,)环向裂缝 腹拱的环向裂缝一般是因混凝土收缩、温度变化等引起的，主要是主拱圈横 向不均匀变形(使腹拱墩台发生不均匀下沉和位移变形而引起腹拱的环向开裂， 相当于污工拱桥的纵向开裂病害:腹拱圈环向裂缝的另一个原因是腹拱圈预制分 块太多以及勾缝水泥砂浆标号过低，致使其整体性差，在荷载反复作用下产生的。 ?立柱或横墙的规律性裂缝 有些双曲拱桥的横墙或立柱，其上下端出现有规律的裂缝图，见图,(,所示， 一般短横墙和立柱开裂较大，高横墙和立柱开裂较小，甚至不开裂嘲。 这种裂缝产生的原因，是由于在活载、温度变化、混凝土收缩和徐变作用下， ,,第三章双曲拱桥病害与加固方法 主拱圈下挠，使横墙或立柱两端拉裂。短横墙或立柱的抗推刚度大，加之主拱圈 下挠又多，因而两端裂缝就较大。当各排横墙和立柱的抗推刚度不协调、相差较 大时，就会加重这种裂缝的发展。 ?盖梁和底梁裂缝 为了减轻结构的自重，双曲拱桥的腹拱墩常采用立柱的形式，这样立柱就可 以进行预制，达到加快工程建设速度的目的。但是在对双曲拱桥的调查中发现， 很多立柱的盖梁和底梁都出现裂缝，见图,(,所示。究其原因船,:主要是结构的横 向联系不够，当主拱圈横向发生不均匀变形时，就会引起各立柱的不均匀沉降， 进而导致盖梁裂缝的产生。而立柱下底梁的受力状态实为在竖向集中力作用下的 弹性地基连续梁，当底梁上缘未配筋或配筋太少时，就会产生裂缝。 ,(,(,主拱圈病害 裂缝是主拱圈的主要病害，可以分为环向缝、径向缝和波顶纵缝见图,(,所 示三大类【,,„,,】 ?环向缝 环向缝是产生在拱肋、拱波结合面上，平行于拱轴线的裂缝。环向缝又可分 为法向拉力环向缝和剪力环向缝两种。 ,)法向拉力环向缝 法向拉力环向缝出现在拱顶附近正弯矩较大的区段，主拱圈截面下部出现拉 应力，由于肋波的结合面位于受拉区，因此作用有拉应力，当结合面的实际拉应 力大于结合面的极限拉应力时，即会出现法向拉力环向缝。 ,)剪力环向缝 剪力环向缝出现在拱脚附近剪力较大的区段。结合面剪应力可按材料力学相 关公式计算，当实际剪应力大于结合面的极限剪应力时，即出现剪力环向缝。 环向缝产生的原因，主要是没有采取足够保证主拱圈整体性的有效措施。有 时设计中虽采取了保证组合截面在荷载作用下的整体性措施，但没考虑桥台水平 位移或不均匀沉陷的影响，仍会出现环向缝。环向缝产生严重的双曲拱桥，往往 是由于桥台发生过大的水平位移，导致拱顶正弯矩及拱脚剪应力大大增加，使拱 顶结合面法向拉应力、拱脚结合面剪应力超过极限值而出现裂缝。 ?径向缝 径向缝是垂直于拱轴线方向的裂缝，主要有拱肋径向缝和拱背径向缝。 ,)拱肋径向缝 拱肋径向缝产生在拱顶附近正弯矩较大的区段。产生的原因，往往在由于桥 台发生过大的水平位移，拱顶部位正弯矩大大增加，拱肋的拉应力超过极限拉应 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, 力所致。 初期修建的双曲拱桥中有些采用较大的拱轴系数，拱顶区段较平坦，拱项正 弯矩要大些，出现拱肋径向缝的可能性就大些。当拱肋径向缝伴随环向缝同时出 现时，将严重削弱主拱圈的截面强度，危害很大，同时过宽和过密集的拱肋径向 缝也将削弱主拱圈截面。 一般拱肋系钢筋混凝土结构，即使在强度满足要求时，也可能出现一些裂缝。 当不存在环向缝，拱肋径向缝的宽度在,(,,,以下时是容许的。 ,)拱背径向缝 拱背径向缝多产生在拱脚附近负弯矩区段。桥台水平位移较大时，常会出现 拱背径向缝。拱背不设锚入台座钢筋的双曲拱桥，拱背径向缝往往出现在拱脚截 面，即与台座的接触面上。这种裂缝一般并不有害，但会引起主拱圈内力的重分 布，减少拱脚弯矩:而且拱脚截面无钢筋通过，不存在钢筋锈蚀的问题。但应防止 过大的桥台位移，因为它将使拱脚截面拱肋混凝土压应力超过极限值而压坏。 拱背设有钢筋并锚入台座的双曲拱桥，应防止过宽和过密集的拱背径向缝的 出现，一般裂缝宽度在,(,,,以下时是容许的。 ?波顶纵缝 波顶纵缝是出现在拱波顶部沿拱轴线方向的裂缝，较多地出现在拱顶附近， 有时也出现在拱脚附近。 对于早期的填平式拱板，由于波顶为最弱截面，现浇混凝土厚度大，收缩多， 容易因收缩而在波顶拉裂。当采用波型或折线型拱板时，可防止这种裂缝的出现。 横向联系不够，是产生波顶纵缝的又一个重要原因。当采用拉杆作为横向联 系构件时，由于构件的刚度小，又易松动，往往因拱肋扭转及横向挠度过大而引 起波顶纵缝。如采用足够数量的横隔板或横系梁，横向刚度较大，即可有效防止 这种裂缝的产生。此外采用过大的拱轴系数，拱项区段非常平坦，也容易出现拱 顶区段的波顶纵缝。 ?横向联系病害 双曲拱桥的横系梁(横隔板)，一般尺寸都较小，强度和刚度也相应较弱，与横 肋联结处的抗剪能力也偏小，当承受较大的外荷载作用时，产生较大的内力和变 形，导致横系梁开裂、脱落(图,(,)，无法有效地横向分配荷载，并引起拱肋的 受力与变形不均匀，加剧了横系梁的病害产生。 第三章职曲拱桥病害与加固方法 圈,,横向联系病害圈 嘟,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,(,侧墙病害 ,,,,;,,;, 侧墙的病害主要有侧墙鼓胀外倾和竖向开裂等“, ?侧墙鼓胀外倾 双曲拱桥产生侧墙鼓胀外倾病害，一般是由于排水不畅，拱上填料间积聚大 量水份而造成的膨胀，也可能是砌筑质量不佳引起的。 ?竖向裂缝 侧培的竖向裂缝(见图,(,)主要是主拱圈的变形引起的(也有可能是施工质量 不佳引起的。侧培裂缝产生的另一个原因是由于腹拱上未设变形缝，在长期的温 度应力作用下，引起的腹拱圈破坏，进而造成腹拱墩顶侧墙的开裂。 ?侧墙与主拱圈的结合面脱裂和水平开裂 主要是由侧培和台后侧墙之间未留变形缝且砌筑质量不好引起的。 ,(,(,墩台及基础病害 墩台和基础是桥梁的重要组成部分，是直接承受桥梁上部结构的荷载，同时 将荷载传递给地基的受力结构。”。 桥台将桥梁与路堤相连接，因此，它除了承受上部结构的荷载外，还要承受 来自台后路堤填土的土压力。桥墩除了承受上部结构的荷载外，还要承受风力、 流水压力、冰压力、浮力以及在特殊情况下可能发生的船只或漂流物的撞击力等 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, 的作用。此外，由于过桥车辆的日益重型化，实际上大部分活载强度己超过设计 规范规定的负荷要求，墩台的负荷强度在不断地增加，经常受到过重活载的作用。 这样，桥梁墩台基础在经过多年使用后，出现不同程度的损坏，产生各种缺陷， 一,厨且可以分为墩台身病害和桥梁基础病害。 ?墩台身的病害 桥梁墩台位于桥梁上部结构和基础之间，它关系到桥跨结构在平面和高程上 的位置。因此，桥梁上部结构的变化以及基础以下结构的变化，都将会对它产生 损坏和影响。同时墩台承载能力不足，或出现沉降、倾斜、位移及转动，也将引 起桥梁上部结构的损坏，严重时会导致整座桥梁的坍塌。多数桥梁的墩合是由砖 石砌体、混凝土和钢筋混凝土构件组成，它的缺陷和病害主要有承载能力不足、 ,)弼状沉降、倾斜、易动、转动及开裂等，而裂缝正是这些病害的表现。 ,)裂缝 从外观来看，裂缝是墩台的主要病害，常见的裂缝有网状裂缝、水平裂缝、竖 直裂缝及桥台侧墙、前墙和翼墙开裂等(见图,(,) 裂缝,) 图,(,墩台的裂缝形式 ,,,,(,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,, 整鱼裂缝 网状裂缝多出现在桥墩的向阳面，水位线以上，产生的主要原因是由于混凝 土内部水化热和外界的温度影响或日照影响而产生的温度拉应力，混凝土的干燥 收缩也是产生网状裂缝的原因之一。 墩台的竖直裂缝，多呈下宽上窄状，是由基础的不均匀沉降导致的。墩台水 平裂缝，呈水平层状，多为混凝土接缝不良引起的。桥台侧墙、前墙、翼墙开裂 的原因是:填土不良、冻胀或地基承载力不足，引起的桥台下沉或外倾，进而导致 ;)水平不裂。 ,)撞击破坏 桥梁墩台在船只、漂流物的碰撞下，或跨线桥桥墩受到车辆的撞击，将会产 生局部破坏，造成混凝土的剥离与脱落。 裂缝 ,,第二章双曲拱桥病害与加固方法 ,)砖石墩台结构损坏 砖石墩台的表面损坏，主要表现为抹灰层、勾缝脱落，砌体表面麻面、起皮、 起鼓、粉化、剥落等，逐渐向深处发展，也可造成内部材料质量变质、酥化，使 强度降低:砖石砌体由于构件受力不均、基础沉降不均，受热不均造成开裂:外界 因素的影响，是造成砌缝脱落的主要原因。 砖石砌体或钢筋混凝土墩台，常年受到干燥、潮湿、寒暑、冻结冰融等气候 条件的影响，还受到水、海水、工业废水、废气、酸、碱、火热等作用，这是产 生裂缝、砌体剥落、钢筋锈蚀等病害的主要因素，从而使材料随时间逐渐老化。 总之，桥梁墩台的主要病害有:裂缝、剥落、空洞、钢筋外露和锈蚀、材料老化、 结构变形或位移等，如这些病害得不到及时的维修和加固，久而久之，小病害酿 成大病害，逐步失去使用功能。 ?桥梁基础的病害 双曲拱桥的基础以浅基础为主，也有一定数量的桩基础。常见的病害有基础 的不均匀沉降、冲刷、滑移倾斜、基础结构物的异常应力和开裂等 ,)基础的沉降和不均匀沉降 由于地基的压密下沉引起基础沉降，这对于任何一座桥梁来说都是难以避免 的，在一定范围内这是正常现象，而超出一定的范围则将对桥梁产生有害的影响。 特别对于修建在软土地基上的双曲拱桥，由于经常受到土基压实下沉和地下水位 升降等的影响，往往还将产生不均匀沉降。 ,)基础的冲刷和滑移倾斜造成基础滑移和倾斜的主要原因有: (,)由于受到洪水的冲刷，墩台基础时常发生滑移病害，其病害程度，与洪 水的冲刷深度密切相关。 (,)河床受到洪水冲刷后，首先桥墩前临水面地基土层被冲走，导致墩台基 础侧向压力减小，使其产生侧向滑移。 (,)位于软弱地基上的桥梁，遇到台背高填方路堤时，如果台背填土处理不 当，往往会造成过大的主动土压力，导致桥头前倾，或土体下层向前滑移，使台 顶后仰、倾斜。 (,)双曲拱桥在竖向荷载作用下，将会产生水平推力，相比较梁式桥梁而言， 更容易发生墩台的滑移现象:而墩台的位移会引起主拱圈的开裂，使得主拱圈的刚 度下降、拱顶下沉、拱变得更坦，从而产生更大的水平推力，这又将加重墩台的 滑移，造成恶性循环。 ,)基础结构物的异常应力和开裂 基础结构物由于受力不均，往往产生局部异常应力，并导致横向和竖向裂缝。 在特殊荷载作用下，还会使基础结构物因出现异常应力而产生局部损坏。 第二章双曲拱桥病害与加，司方法,, ,(,双曲拱桥的病害原因分析 在对双曲拱桥的病害原因进行分析时，可以从双曲拱桥的构造、设计、施工 和使用等几个方面着手口引。 ,(,(,双曲拱桥结构的先天不足 首先，双曲拱桥的主拱圈是个组合截面，且大多双曲拱桥的横向联系薄弱， 整体性较差，容易开裂。其次，双曲拱桥各部件的混凝土龄期相差较大，容易引 起由于收缩、徐变及温度等原因形成的裂缝。此外，双曲拱桥结构的用钢量少， 在结构产生裂缝后，有效截面面积将减小，使得裂缝进一步发展，结构工作状况 持续恶化 ,(,(,设计缺陷 ?拱肋截面过小，强度不足 拱肋是双曲拱桥主拱圈的重要组成部分，它和拱圈共同承受全部恒载和活载， 是主要受力构件。因此，当其抗弯强度与刚度不足时，往往使桥梁的承载能力降 低，同时也会引起其它构件的损坏。 由于历史的原因，以往双曲拱桥的设计过分强调节省材料，主拱圈截面采用 了过小的截面尺寸、配筋与较低的混凝土标号。由拱肋、拱波、拱板共同构成的 组合截面尺寸并不小，但由于双曲拱桥多采用无支架施工，真正尺寸偏小的是拱 肋。这是因为拱肋要承受自身重量外，还要承受架设拱波、拱板时所产生的应力， 只有拱板浇注完成并达到一定强度后，方能共同承担拱上恒载及活载。由于拱肋 先期应力累积太大，故较小截面尺寸的拱肋及很小的配筋使得拱圈正截面强度不 足，这通常表现在: ,)拱圈(拱肋)挠度过大，轴线偏离设计轴线过大; ,)拱肋压应力过大，拱肋中纵向钢筋直径偏小，箍筋间距偏大，造成纵向钢 筋失稳外鼓，特别是在锈蚀后更为严重。 ?横向联系不足 双曲拱桥拱肋中设置横向联系是很重要的。当拱肋间无横向联系时，在集中 荷载(车辆荷载)作用下，各片拱肋的变形在横桥方向是很不均匀的。有横向联系 的拱圈，各肋间的变形就比较均匀。而且，随着横向联系的加强，各肋间的变形 就更趋于一致。由于横向联系的设立，使单片的拱肋在横向联成整体，形成一个 拱形框架，从而大大加强了拱肋的横向刚度，保证了拱肋的横向稳定性。 早期修建的双曲拱桥，横向联系较多的采用横向拉杆，它由钢筋拉条穿过拱肋 ,,第三章双曲拱桥病害与加同方法 上预留的孔眼和混凝土套管组合而成。由于套管和拱肋不成整体，极易松动，对 加强主拱圈的横向刚度作用不大。后来虽改用横系梁或横隔板，但也存在结构处 理不当或刚度过小的问题，主要有:横系梁或横隔板在构造上不完整，即全桥横向 不贯通:施工不当使横梁(隔板)横向多呈折线，钢筋的不连续，横向连贯处混凝土 不密实等:横系梁(隔板)尺寸太小，即纵向刚度小，整体上起不到横向传递荷载的 作用:拱板中的横向钢筋或分布钢筋太小等。 横向联系还包括另一个重要部分，就是拱肋与拱波的联系，当拱肋中伸出的 连贯钢筋数量不足时，拱波就将完全简支于拱肋上，致使结构的整体性较弱。当 横向联系布置不够或强度不足而产生破坏时，将会使拱桥横向稳定性降低，使得 主拱圈的整体性和刚度降低，车轮荷载横向传递受阻，各拱肋不能共同受力，这 将导致: ,)拱波顶的纵向开裂; ,)拱波与拱肋的脱离; ,)横系梁(横隔板)在接头处断裂; ,)各拱肋下挠不均等。 ?拱上建筑构造不当 一般的拱桥设计是不考虑拱上建筑对拱圈影响的，即结构上应保证边腹孔具 有较小的抗推刚度和适量的自由变形。但多数双曲拱桥在修建过程中并未设伸缩 缝、变形缝或边腹孔的铰，或因设置不当而失去功能，这些都将引起腹拱圈和侧 墙等的损坏。? ?基础处理不当 当双曲拱桥的墩台置于软土地基上时，由于基础结构形式或对基础处理不当， 墩台发生过量的不均匀沉降和水平位移，导致主拱圈过大的变形与开裂。 ,(,(,施工原因 施工是设计的实现过程，设计正确与否、是否完善，在施工中都会得到检验。 同时，施工的质量优劣，也将影响桥梁的整体性能。在桥梁建设中，尽管设计正 确，但施工方法不当，施工质量控制不严，施工过程中遇到一些非预见性灾害， 也常常导致桥梁承载能力降低，不能达到设计的预期目的。由于施工原因导致的 桥梁承载能力降低，可以概括为以下几个方面: ?材料质量问题 在施工中所使用的混凝土、钢筋、沙砾等材料，质量达不到规范要求，是导致 桥梁结构产生各种质量缺陷的内在因素。 混凝土的质量缺陷主要有蜂窝、麻面、露筋、剥落等表层缺陷和混凝土强度标 第三章双曲拱桥病害与加同方法,, 号、抗渗标号、抗冻标号不足等内部缺陷。 双曲拱桥的拱上填料大多采用沙砾，沙砾的强度足够，但当级配不当时，难 以压实，造成对桥面铺装的刚度不一，引起桥面铺装的破坏。在调查中还发现， 有些双曲拱桥的填料含有淤泥，所以造成桥面的损坏也就不足为怪了。 ?施工质量问题 在公路桥梁修建过程中，由于工种多、工序多，加之现场施工，每位施工员 往往要担负多方面的工作，如钢筋工、起重工、混凝土工等，稍有疏忽，就会出 错，就有可能使结构出现缺陷。 在双曲拱桥中，拱肋大多是预制吊装的，如安装不好，尺寸出现偏差，就会 改变结构的受力体系，从而使结构强度存在问题。另外拱肋是个细长杆件，在运 输及起吊过程中容易损伤，也会造成桥梁承载能力的降低。混凝土的浇注和养生 是施工中存在问题较多的一个方面。混凝土浇注不慎会导致结构出现空洞、蜂窝 和麻面等缺陷:养生不足又会使结构出现裂缝。 ?施工中的质量事故 由于施工方法不当、施工质量控制不严，在施工过程中遇到非预见性的灾害， 常常影响到工程质量，导致桥梁的承载能力下降，达不到设计的预期目标。 ,(,(,使用因素 使用因素最重要的是交通量的不断增长，重车荷载不断增多，造成双曲拱桥 日益不堪重负。加之交通碰撞事故，地震、洪水的破坏，环境恶劣、化学腐蚀， 周边出现不均匀沉降等，这些都将使桥梁产生损坏。长期以来“重建轻修，养路 不养桥”的思想，使得桥梁在发生病害和损坏后得不到及时的加固维修，导致病 害的不断发展，也是桥梁承载力下降的一大原因。 ,(,(,其它原因 在对双曲拱桥进行病害分析时，应当结合修建双曲拱桥的时代背景，双曲拱 桥之所以能够得到推广除了自身的优点外，也因为双曲拱桥是我国具有民族特色 的桥梁形式，含有历史的和政治的因素。这样就导致在当时的桥梁建设中，双曲 拱桥成为了首选的桥梁结构形式，致使在软土地基上也建造了大量的双曲拱桥， 今天我们己经发现双曲拱桥的墩台病害是其承载力不足的最主要原因，而片面地 强调大跨径和节省材料也违背了事物的发展规律。 在过去的几十年里，随着交通量的不断增长和重车荷载的不断增多，桥梁的 设计荷载等级也在逐渐增大，双曲拱桥大都采用汽一,,荷载，显然不能适应交通 第三章双曲拱桥病害与加同方法 运输日益发展的需要，难免会发生这样那样的病害。 此外，双曲拱桥对施工企业的技术装备要求不高，这类桥梁大多由民工建造 完成，且边设计边施工，缺乏系统的设计和施工质量保证体系，因而设计、施工 质量普遍低下，为日后双曲拱桥的各种病害埋下伏笔。 ,(,双曲拱桥的病害预防 从上面的分析中我们可以看出，双曲拱桥的病害是一个逐步发展的过程，危 桥也是从新桥开始发展的结果。如果能及时发现桥梁存在的缺陷和病害并予以加 固处理，将对桥梁的可持续性发展起到推动作用，对于保障交通畅通也有着积极 意义。双曲拱桥的病害预防可以从下面几个方面作起用口,。,,,。 ?要加强经常性的养护维修，克服“重建轻养，养路不养桥”的思想。建立 起日常检查机制，对保证桥梁运营安全，防止病害的扩展有着十分重要的作用。 一旦发现病害损伤，应及时进行维修，如果维修不及时，病害将逐渐扩大，不但 导致提前破坏，甚至可能发生塌桥事故。 ?要定期对桥梁进行“体检”，重点是检查基础位移，拱顶位移、侧墙外倾 等情况，运用桥梁检测设备对拱肋裂缝，横系梁裂缝及其与拱肋的联结情况等进 行检查，并对桥梁结构进行运营潜力评估。 ?要加强交通管制，如限载限速等:对于病害较为严重的桥梁，应作降低使用 荷载等级的处理:当需要通过超重车辆时，需对桥梁进行特殊检查并制定过桥方 ? 案。 ?要贯彻执行“预防为主，防治结合”的原则，可提前安排经费对双曲拱桥 进行加固处理，提高桥梁的承载能力，预防病害的发生。 ,(,双曲拱桥的加固方法 ,(,(,双曲拱桥的裂缝处治方法 众所周知，裂缝是双曲拱桥的主要病害，裂缝的大量存在不仅降低了结构的刚 度、整体性、结构的承载能力等，也严重影响到桥梁结构的耐久性，同时裂缝还 是其它病害的诱因。因此，重视裂缝研究，找出裂缝产生的原因，对于双曲拱桥 的加固改造有着重要的意义隅侧。 ?裂缝类型 根据裂缝对结构的危害性，可以分为以下三种: ,)贯穿裂缝 裂缝延伸至整个结构截面，将结构分离，破坏了结构的整体性。贯穿裂缝主 第三章双曲拱桥病害与加,司方法,, 要是结构受拉、弯曲受拉、偏心受压所致。对于贯穿裂缝，必须采取措施，防止 结构的迸一步恶化。 ,)深层裂缝 裂缝延至结构深层，危害着结构整体性能。深层裂缝产生的原因有:结构老化， 结构的不规则变化、约束，混凝土等级低、配筋不当，当受到超重荷载、地震、 冲击等突然作用，使裂缝向深层延伸。 ,)表面裂缝 在结构表面浅层上，出现的龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝和干缩裂缝等， 称为表面裂缝。这种裂缝常常是因为混凝土等级低，施工方法不当，养护不到位 等原因而致。 ?裂缝修补方法 对于裂缝的修补，其主要目的是恢复结构的整体性，保持结构的强度、刚度、 耐久性、抗渗性及外形的美观。常用的修补方法有:表面封闭修补法、压力灌浆法 和壁可法。 ,)表面封闭修补法 桥梁结构的裂缝表面修补，常用的方法有:填缝、表面抹灰、凿槽嵌补、表面 粘贴和表面喷浆等。 (,)填缝 填缝修补法的具体操作是:将裂缝清理干净，根据裂缝宽度不同分别用勾缝 刀、抹子、刮刀等工具进行操作，所用灰浆通常采用,:,(,或,:,水泥砂浆。填 缝处理后，可在美观、耐久性等方面起到一定的作用，而对结构的整体性、强度 等方面起到的作用甚微。 (,)表面抹灰 表面抹灰是指:用水泥浆、水泥砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料，涂抹在结 构裂缝部位的一种修补方法。 (,)凿槽嵌补 凿槽嵌补是沿混凝土裂缝凿一条深槽，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如环 氧砂浆、沥青等的一种修补方法。 ,)压力灌浆法 压力灌浆系指施加一定的压力，使某种浆灌入结构内部裂缝中去，以达到封 闭裂缝，恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。此法一般用 于裂缝多且深入结构内部或结构有空隙的修补法场合。按灌浆材料的不同，压力 灌浆可分为水泥、石灰、勃土灌浆，化学灌浆和沥青灌浆。 ,)壁可法 ,,第三章双曲拱桥病害与加固方法 壁可法是指采用特制的橡胶管，利用橡胶的收缩压力，自动地控制注浆。其 核心是裂缝全封闭、恒压力和慢速注浆。它的原理是利用缓慢均匀的压力，通过 浆液将微细裂缝中的空气压入混凝土的毛细空中，并由混凝土的自然作用排除， 克服裂缝中的气阻现象，使其灌注的胶液达到微细裂缝的末端，从而确保修补质 量。 ,(,(,双曲拱桥上部结构加固的基本原理 ?双曲拱桥的基本力学原理 拱式桥梁在荷载(恒载、活载)作用下，除了承受荷载产生的轴向压力外，还 承受荷载对其产生的弯矩、剪力，由于剪力影响相对较小，所以拱式结构是以压 弯构件作为承重结构，根据材料力学的基本原理，其计算式为 仃:一,? 一,,, 式中:仃一主拱圈截面拉„(压)应力; (,(,) 仃,一——?一主拱圈截面轴向力; ,,(,, 彳一主拱圈截面面积; 彳, ,一主拱圈截面弯矩; ,一主拱圈抗弯截面系数。 由此可见，拱式桥梁主拱圈结构受力状况由三个要素决定，即荷载(活载、恒 载)作用产生的内力(轴力、弯矩)、主拱圈截面的面积和抗弯惯性矩以及主拱圈材 料的自身强度。当车辆荷载增加、超限、超载车辆行驶，对桥梁引起的内力超过 主拱圈材料强度的允许范围时，势必造成主拱圈受拉部位开裂、破损，承受力下 降，成为危桥:或者随着运营年限增加，各种因素作用导致材料性能恶化、强度降 低，也将造成原桥承载力下降，开裂破损成为危桥。 ?双曲拱桥加固基本原理 尽管目前桥梁加固方法和技术“百花齐放:，方法很多，但归纳起来不外乎属 于从外因和内因两个角度对桥梁结构进行加固补强 ,)从外因角度是通过结构的性能改变提高主拱圈的承载力 (,)增大主拱圈截面面积 对主拱圈采用喷射混凝土、现浇混凝土、外包混凝土等加固方法，都是属于 此类加固技术和方法。从式(,(,)可知，采用增大主拱圈截面的方法加固，其目 的是当荷载等级不变的前提下，减小主拱圈截面承受的拉应力，当荷载等级增加 时，保持或适当减少主拱圈截面承受的拉应力，保持在主拱圈材料性能承受范围 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, 内，即盯,『叮,，从而达到加固主拱圈、提高承载力的目的 (,)增加拱圈的强度 对主拱圈采用环氧树脂砂浆(胶浆)粘贴钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布、芳 纶纤维布等高强度材料，增加主拱圈的强度都是属于此类加固方法和技术。从式 ,(,可知，采用增加主拱圈强度的方法加固，其目的是当荷载等级不变或荷载等级 增加时，增加主拱圈的强度，使荷载对主拱圈产生的拉应力小于补强材料的强度， 即盯,『盯,，从而达到加固主拱圈，提高承载力的目的。 ,)从内因角度就是采用改变结构体系、减轻拱上建筑恒载重量提高主拱圈的 承载力 (,)改变结构体系，减小主拱圈的内力 采用梁拱结合共同受力的方式，或将原桥重力式拱上建筑改变为轻型的桁架或 刚架，减轻主拱圈承受的恒载重量、减小主拱圈承受恒载内力，从而减小了拱圈 承受拉力，即万,,盯,，从而与上述加固的方法一样，可以达,，,,,固主拱圈、提 高 承载能力的目的。 (,)减轻拱上建筑恒载重量，减小主拱圈的内力 采用减轻桥面系自重和减轻拱上建筑自重，减小主拱圈承受的恒载内力，也可 以达到减小主拱圈承受的拉应力，达到加固主拱圈，提高承载的目的。 综上所述，无论采用何种加固方法和加固技术，无论采取改变主拱圈外部条 件或改变桥梁自身状况，调整主拱圈承受的内力的途径，基本原理都是为了减小 主拱圈承受的拉应力。对于抗压性能极好的圬工双曲拱桥，减小了主拱圈的拉应 力，也就意味着提高了主拱圈即原桥的承载能力，殊途同归而已。 ,(,(,双曲拱桥上部结构加固方法 ?增大拱肋截面加固法 增大拱肋截面加固法是通过采用外包钢筋和混凝土加大原拱肋的截面尺寸，增 加拱肋截面的含筋率或变无筋拱肋为有筋拱肋，提高拱肋抗弯刚度的一种加固方 法。常见的有两种情况,。,,,: ,)拱肋与拱波结合良好，只是由于拱肋强度不足而出现径向裂缝，此时可仅 在拱肋下部加大截面，使拱肋下缘形成马蹄形，如图,(,,所示。 ,)不仅拱肋本身出现径向裂缝，而且在拱肋与拱波连接处由于结合不良而出 第三章双曲拱桥病害与加同方法 现环向裂缝。此时，外包混凝土的高度需高出拱肋接缝,:,,,;,，以增强肋波间的 整体性，如图,(,,所示。 螺围麓 麓增，毫筋 舞增主赫 图,(,增大拱肋截面加固法 ,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,, ,,;,,,,,,,,;,,,, (,)加固设计 要点 综治信访维稳工作要点综治信访维稳工作要点2018综治平安建设工作要点新学期教学工作要点医院纪检监察工作要点 (,)确定加固前构件的实际应力应变水平，并考虑新旧混凝土协同作用的程 度，对于正弯矩截面受弯构件取,(,，对于斜截面受剪构件取,(,(,一,(, (,)计算采用以下架设:平截面假定，不考虑混凝土的抗拉强度。 (,)混凝土加固结构新加受拉钢筋与受压区混凝土同时达到强度设计值时的 高度界限系数，应根据截面的不同加固方法及加固时原结构的应力值进行计算。 (,)当新加钢筋与原钢筋相距较远时，受拉区混凝土可能会出现较大裂缝，应 采取适当措施，以满足使用要求。 ,)施工工序 (,)桥下搭设脚手架。 (,)在拱肋表面凿毛清洗，以保证新旧混凝土有良好的结合，在锚固筋处将原 拱肋中的主筋凿露。 (,)安装底模板，绑扎钢筋，焊好锚固筋，再安装侧模。 (,)通过侧模上预留的灌注孔口浇筑外包混凝土并振捣密实。 (,)混凝土养护、拆模。 ?锚喷混凝土加固法口, 当主拱圈承重构件的截面不足，或施工质量不佳，或墩台地基沉降，或桥梁 长期超载运营等原因引起开裂、变形等，可采用锚喷混凝土加固法，锚喷混凝土加 固法所形成的组合结构，既根治了原结构由于裂缝等原因造成的局部应力集中病 害，又恢复了原结构变形的协调性，使其能够承受更大的外荷载。此外，锚喷混 凝土还具有以下的优点:不用或只用单面模板，混凝土混合料的运输、浇灌和捣实 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, 结合为一道工序:可通过输料软管在高空、深坑或狭小的工作空间内任意方位施作 薄壁的或复杂造型的结构:设备与工序简单、占地少、机动灵活、节省劳动力，具 有广泛的适应性，具有施工快速简便、经济可靠、不中断交通等。 ,)加固原理 “锚喷混凝土:实际上由两部分组成(图,(,)，首先是将锚杆锚入拟补强部 位结构内，挂设补强钢筋网，然后再借助高速喷射机械，将新混凝土混合料连续 地喷射到己锚固好的钢筋网受喷面上，凝结硬化而形成钢筋混凝土:从而增大桥梁 的受力断面和补强钢筋，加强结构的整体性，使其能承受更大的外荷载作用。其 中增设的补强钢筋主要是帮助原结构承受拉应力，同时成为新增混凝土部分的骨 架:锚喷混凝土的作用则是将补强钢筋与原结构联结组成整体受力结构，并与锚杆 一道在结合面上传递拉拉力和剪应力。 图,(,锚喷混凝土加固图 ,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,, ,)加固设计要点 根据加固原理，锚喷混凝土加固法实际上仍是加大构件截面加固法，所以， 加固设计原则仍按加大构件截面的方法进行内力计算。其设计原则为: (,)恒载内力(包括新锚喷的混凝土)按原构件的截面模量进行计算，即新喷上 的混凝土恒载仍作用于原构件上。 (,)活载内力用加大后的组合截面模量计算内力，即新旧混凝土作为一个整体 计算，对不同的混凝土标号和新增的补强钢筋按其弹性模量进行截面换算。 (,)仍按弹性理论进行计算。 (,)强度验算按照锚喷截面占原截面的比率，考虑是否按组合截面进行有关验 算。 (,)进行加固设计前，应弄清旧桥的原始情况以及病害原因，对旧桥的基本承 载力作出评价。 (,)采用的喷射混凝土与钢筋的强度等级，不应低于原结构的强度等级。对于 结合界面处两种不同强度等级的混凝土共同作用时，应以较低强度等级作为计算 第三章双曲拱桥病害与加同方法 标准来进行换算。 ,)施工工序博, (,)先去除剥落、松散的表层，并用水冲冼干净。若有裂缝存在，需先对裂缝 进行修补和处治。 (,)钻锚杆孔、安装锚杆、布设钢筋网。按照提高承载能力的需要，在主拱下 缘布设钢筋网。通常是按一定间距设置锚栓，将钢筋沿桥的纵横方向焊接到锚栓 上，构成钢筋骨架，钢筋网的作用在于承受拉应力，提高喷护层强度，传递温度 应力，减少收缩裂纹，加强喷射混凝土的整体性等。 (,)喷射混凝土。喷射混凝土层的厚度根据设计需要确定，每次喷护厚度不宜 超过,:,,,;,。若需加厚，应反复多喷几次，但前后层喷射的间隔时问一般不得少 于,,，视水泥品种，施工时间的气温和速凝剂掺量等因素而定。 ?粘贴加固法 在荷载作用下，主拱圈产生拉应力，如果超过其承受限度时，将导致主拱圈 开裂、破损，丧失承载力，甚至坍塌:除了前述可以通过增大截面法减小主拱圈承 受的拉应力，提高原桥承载力的途径外，还可采用环氧砂浆在结构的受拉区段粘 贴钢板、钢筋或纤维材料等，增加主拱圈的强度，提高桥梁的承载力。该加固方 法具有施工简便，所占空间小，不减小桥梁净空，加固施工周期短，消耗材料少， 加固部位、范围与强度可视设计构造需要灵活设置，并可在不影响或少影响交通 的情况下施工【,,,。 ,)加固原理? 粘贴法加固桥梁一般采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板、钢筋或纤维材料粘 贴在钢筋混凝土受弯构件表面，使之与结构物形成整体，从而取得提高构件的抗 弯、抗剪能力，以及减少裂缝扩展的效果，如图,(,所示。 ,钮砖絮 蘼囊 特餐剐萌 图,(,粘贴法加固双曲拱桥示意图 ,,,,(,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,; ,,,,,,,谢,,,,,,,,,,,, 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, ,)粘贴钢板加固法 (,)加固设计要点 根据加固原理，贴钢加固法实际上是增加主拱圈的强度以达到加固桥梁的目 的，其设计要点有: ,)为了提高桥梁结构的抗弯能力，一般在构件受拉缘的表面粘贴钢板，使钢 板与原结构形成整体来受力，此时以钢板与混凝土粘结处的混凝土局部抗剪强度 控制设计。合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前，粘贴处混凝土不出 现剪切破坏。 ,)当桥梁结构的主拉应力区斜筋不足，为了加固和增加结构抗剪切强度时， 可将钢板粘贴在结构的侧面，并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴(斜度一般为,, 。:,,,,。)，以承受主拉应力。 ,)补强设计时，钢板可作为钢筋的断面来考虑，将钢板换算成钢筋，原有构 件承受恒载与活载，增加的钢板承受原有构件承受不了的那部分活载。 ,)在构造设计时，加固用的钢板可按实际需要采用不同的形状，但钢板的厚 度必须比计算出的厚度大些。用于抗弯能力补强的钢板尺寸应尽可能薄而宽、厚 度一般为,一,,,,,，因为较薄的钢板可有足够的弹性来适应构件表面形状。用于抗 剪能力提高的钢板厚度宜厚点，可依设计而定，一般采用,,,,,,,, ,)设计钢板长度时，应将钢板的两端延伸到底应力区，以减少钢板锚固端的 粘结应力集中，防止粘结部位构件出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象的发生。 ,)为便于钢板沿拱腹线成型，钢板不宜过长，可分段粘贴，?每段长度取,(,, ,(,,，接头处搭接钢板或锚缝。 ,)粘钢法加固，成功的关键是如何确保钢板和被加固的构件形成整体受力， 所以在补强设计中，除应考虑钢板具有足够的锚固长度、粘结剂具有足够的粘结 强度和耐久性外，为避免钢板在自由端脱胶拉开，端部可用夹紧螺栓固定，或设 置,型箍筋等，确保钢板与混凝土之间的粘结力满足抗拉或抗剪强度的要求。 (,)施工工序 ,)制作用于粘贴加固的钢板，并对其表面进行处理。钢板按所需尺寸切割而 成。钢板表面在粘贴面可采用刨床加工成菱形，格状刻痕，以增强粘贴性能。钢 板除锈采用手工操作钢丝刷除锈，有条件时采用喷砂除锈:用冲击电钻在钢板与混 凝土底面上钻孔，钢板钻孔按一定间距和锚拴规格钻孔后运到工地，钻孔位置可 采用梅花形。 ,)表面处理。为了得到良好的粘贴效果，必须事先对钢板和混凝土的粘贴面 进行认真的处理。首先应将混凝土表面的破碎部分清除，然后凿平凿毛，使其骨 料裸露出来，并用钢丝刷或压缩空气清除浮尘，粘贴钢板前还需用丙酮擦一遍， 第三章双曲拱桥病害与加固方法 钢板表面也应先用汽油洗去油污，用喷砂法或砂轮打磨除锈，使表面露出光泽， 然后也用丙酮擦洗干净，最后在钢板表面涂一层环氧树脂薄浆将其保护起来。 ,)粘贴钢板。先在混凝土表面上刷一层环氧树脂胶浆，然后在钢板上涂一层 环氧树脂胶浆，间隔片刻再在钢板上均匀地铺一层环氧树脂砂浆，一般厚度在,,, 左右。随即将钢板贴到混凝土表面上，旋紧螺丝进行加压，使多余的胶浆沿板边 挤压出来，达到密贴的程度。固化后再卸除螺帽，截去外露的螺丝杆， 并留出,，,,,,,进行冷铆。 ,)加压方式。钢板粘贴到混凝土结构上后，为了使钢板与混凝土表面密贴必 须对钢板加压。加压的方式可以用螺栓进行加压。即在混凝土粘贴面上每隔一定 距离埋设一根,,,,,的螺栓，钢板上设有相应的孔，把钢板粘贴到混凝土表面后立 即旋紧螺帽进行加压。 ,)检查粘贴质量。一般采用肉眼观察，如发现钢板与混凝土表面之间有空隙， 应及时填入胶结剂补贴。 ,)防护处理。目前国内外对钢板补强采取的防护措施，一般都是采取清除钢 板表面污染，用钢刷除去螺栓的锈斑，先涂一层环氧树脂薄浆罩面，然后再涂两 层防锈漆在上面进行保护，以后每隔,，,,(,年检查一次防护层的情况，如发现有脱 漆的地方及时采取措施进行修补。该方法虽然简易可行，施工简单，但需要经常 维修保护，每次重新涂漆都需要搭架、拆架，维修工作量较大，而且繁琐。 近年来有采用喷射混凝土进行防护的，其做法是:在钢板上喷射一层混凝土保 护层，既减少了刷漆工序，又大大减少了常年养护工程量，同时喷射混凝土还与 原结构组成喷层，共同工作，在一定程度上提高了原有结构的承载能力，克服了 以往钢板补强易于生锈的毛病，是一种较好的防护钢板污染和锈蚀的方法。但是， 采用喷射混凝土防护，须采取在钢板外挂网的方式保证喷射混凝土与钢板和原有 结构的有效粘结，结合成整体，否则会因在车辆行驶中振动脱落，失去防护效果。 ,)粘贴钢筋加固法 当双曲拱桥拱肋抗拉强度较低，受拉部位产生裂缝时，为了加强抗弯构件外 纤维的抗拉能力，还可以采用在受拉部位粘贴钢筋的方法对桥梁进行加固。粘贴 钢筋加固法的加固设计可参照粘贴钢板法进行。 粘贴钢筋法具有与结构物粘贴性能较好、加工成型容易、加固效果明显的 优点。用于粘贴的钢筋直径不能过大，以不超过,,,为宜，以减小环氧树脂层的 厚度，节省材料，降低成本。采用环氧树脂砂浆粘贴时，环氧树脂砂浆的厚度以 使钢筋不外露为标准，一般在,,,,,,,左右，其加固工艺如下: (,)搭设支架，在支架上设有支承梁和成型模板。 (,)混凝土表面处理，可参照前述的粘贴钢板法进行。 第三章双曲拱桥病害与加同方法,, (,)钢筋布设。钢筋布设前，应先把钢筋拉直截好，除锈后再用丙酮擦洗干净， 放在模板上扎成排栅，或在桥下点焊成排栅再就位。就位前，先在钢筋排栅表面 涂一层环氧树脂浆，然后再用锚杆固定在构件底面上。 (,)粘贴。为了便于脱模，粘贴钢筋前先在模板上铺一层塑料薄膜，再将环氧 树脂砂浆均匀地摊铺在模板上，厚度稍大于设计值。粘贴时，在模板与支承梁之 间打入木楔，将模板顶起压在构件的底面上，使环氧树脂砂浆压入钢筋的间隙与 原结构的混凝土粘为一体。 (,)脱模检查。待环氧树脂砂浆固化后拆除模板。拆模后应立即对粘贴质量进 行检查，若发现缺陷，须及时进行修补。 (,)防护处理。通常先清除钢筋表面的锈斑和污染，涂一层环氧树脂薄浆罩面， 然后再涂两层防锈漆在上面进行保护。也可采用喷射混凝土在钢筋表面喷射一层 保护层，保护粘贴的钢筋免受锈蚀。 ,)粘贴纤维材料加固法 纤维材料是一种新型建材，因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被 广泛应用，在加固工程中，常用的纤维材料有碳纤维布、玻璃纤维布及芳纶纤维 布等汹„蚰】。 粘贴纤维材料加固法具有不增加恒载及断面尺寸，可适应不同构件形状、成 型方便，施工简便，对原结构不产生新的损伤，能有效地封闭混凝土的裂缝，不 影响结构外观的特点，且纤维材料具有优良的耐腐蚀性。 (,)加固设计要点? ,)采用纤维材料加固旧桥，目前一般的计算方法是将纤维材料按照一定的标 准(例如强度或允许应力)近似换算成一定用量的钢筋，然后按照传统的钢筋混凝 土受力分析模型进行理论分析。虽然是近似计算方法，但理论分析结果与实验数 据吻合得很好，因此在一般情况下是适用的。 ,)纤维材料加固用量，可按式,(,估算 ,,,彳。(,。,,,(,(,) 式中:么，一纤维材料用量(面积) 么。一为抵抗不足弯矩所需的钢筋面积 疋—钢筋的抗拉设计强度 尼(一纤维材料的抗拉设计强度 ,)除按上式估算的纤维材料加固用量(面积)外，还必须考虑必要的锚固长度 第三章双曲拱桥病害与加同方法 和搭接长度所需要的面积，以及必要的边、角废料等裁剪损耗。 (,)施工工序 ,)基面处理。混凝土表面的劣化层(如浮浆、风化层等)要用砂轮机进行清除 和打磨:基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理:裂缝部分要注 入环氧树脂浆进行修补。 ,)基面的清洗。先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘: 用丙酮或无水酒精擦试表面，也可用清水冲洗，但必须保证其充分干燥后才能进 行下一道工序的施工。 ;)涂刷底胶。按比例准确配制好底胶并搅拌均匀，注意一次调和量在可使用 时间内用完，超过时间的绝对不能使用，以确保粘接质量:用滚筒或刷子均匀地涂 抹在基面上，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，胶的粘度较高，不 能涂得太厚，底胶硬化后，在表面有凸起部分时，要用磨光机或砂纸打光:待底胶 指触干燥后，进入下道工序。 ,)粘贴面的修补。若发现粘贴面上有凹入部位，应用找平胶进行修补，保证 粘贴面的平整，以确保加固效果:待找平胶干燥后进入下一道工序。 ,)粘贴纤维材料。在待粘贴面上划出各层位置:依设计尺寸裁剪纤维材料，应 根据现场施工经验和作业空间确定下料长度，若需要进行接长时，接头的长度应 根据实际情况而定，一般不得小于,,;,:下料数量应以当天能用完为准:粘贴纤维 材料时，应依设计位置由上而下，由左至右有秩序地粘贴，并以滚筒压挤贴片， 使纤维材料与浸溃树脂充分结合，同时以压板去除气泡:即时观察贴片是否粘贴密 实，若发现有间隙或气泡，应及时处理。 ,)罩面防护处理。粘贴完纤维材料后，及时在其表面再直横均匀涂抹一层浸 渍树脂，自然风干„，,确保贴片表面已充分风干结合后，在其表面涂抹罩面胶或采取 其他措施处理，以保证各层胶的耐久性。 ?拱托加固法(图,(,) 拱托加固法是在原主拱外侧增加,条截面面积很大的拱肋，并通过强大的横向 联系(如横向预应力)与旧拱圈共同作用,刮。 图,(,拱托加固法 ,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,, 第二章双曲拱桥病害与加同方法,, ,)加固原理图 “拱托”对旧拱圈有卸载作用，强大的横向预应力使新旧拱肋共同作用，而 且使整体横向刚度大增，故从根本上解决了双曲拱桥的横向刚度问题。横向预应 力的施加也可用来抵消拱波及其桥道系作用在拱肋处产生的横向水平推力。 ,)加固设计要点 (,)新增拱肋的拱轴线确定，旧桥在使用后，产生变形，拱轴线将会发生偏离， 应参考旧桥实测拱轴线。 (,)新增拱肋截面的设计，设计时可考虑新增拱肋承受超过原拱肋承载能力的 那部分荷载，同时考虑到新增拱肋的应力滞后现象。 (,)当采用横向预应力时，需要对预应力的大小进行设计。一方面，横向预应 力能使结构的横向刚度满足使用要求:另一方面，预应力太大会对结构造成新的结 构损伤。 ,)施工工序 (,)新增拱肋基础的施工，基础开挖应避免损伤原有墩台，如发现墩台有病害， 应一并予以处理。 (,)新增拱肋的施工，新增拱肋在原拱肋下施工，难度较大，应做好施工放样 工作。 (,)横隔板施工或横向预应力的张拉。 ?调整拱轴线与压力线加固法( 拱轴线的形状不仅直接影响到主拱圈的内力分布及截面应力的大小(亦即主 拱圈的承载能力)，而且它与结构的耐久性(开裂影响)、经济合理性及施工安全等 密切联系。对于主拱圈变形过大的双曲拱桥，实际拱轴线与压力线的偏离较大， 此时仅仅加强主拱圈截面进行补强加固并不能有效的改善主拱圈的受力状况，就 需要对拱轴线与压力线进行调整，使两者尽量吻合以改善主拱圈的受力,„,,。 ,)加固原理 调整拱轴线与压力线加固法的加固原理是通过对拱轴线与压力线进行调整， 使两者尽量吻合以改善主拱圈的受力。常用的调整拱轴线与压力线的途径有以下 几种: (,)改变压力线 通过采用不同单位重的拱上填料、改变拱上填料厚度或在腹拱上增加压重等 措施，改变实际压力线的位置，使其与拱轴线吻合。 需要特别指出的是:对于拱顶塌陷的双曲拱桥，不能随意采取加厚拱上填料或 桥面厚度来进行加固。因为拱圈的受力与拱上恒载的分布和拱轴线的形状关系密 ,,第三章双曲拱桥病害与加同方法 切，仅仅增加桥面厚度，特别是在拱顶区段增加厚度，不但达不，～，:，，固的目的， 反而会使拱圈的受力状况进一步恶化，加剧拱顶下沉。应当对拱圈的受力进行详 细的计算分析，确定合理的加固方案，千万不可盲目地增加拱上自重。 (,)调整拱轴线 可以通过加大主拱圈截面，并在沿跨长不同区段采用不同的截面尺寸，调整 实际拱轴线的位置。 (,)减轻拱上建筑自重 减轻拱上建筑自重也是一种调整拱上恒载分布、改变实际压力线的加固方法， 主要是针对基础承载能力较低的双曲拱桥。减轻拱上建筑自重的方法可以有以下 几种: ,)降低桥面标高，减少甚至完全取消拱上填料，或使用轻质拱上填料: ,)将腹拱的重力式横墙挖空，或改建为钢筋混凝土立柱: ;)用预制的钢筋混凝土,梁、微弯板或空心板等轻型桥面系取代笨重的腹 拱体系: ,)采用钢筋混凝土钢架或析架拱上建筑。 需要指出的是，拱圈的受力性能与拱上荷载的分布(即压力线形状)及拱上建 筑的联合作用有密切的联系，因而采取减轻拱上自重的措施时，必须对拱的受力 状况进行详细的计算，包括改造后的运营受力状况，必要时可以考虑拱上联合作 用和施工中裸拱的受力状况。以使拱圈获得最佳的受力状况来确定减轻拱上自重 的布局方案、结构形式和施工程序。必须使压力线尽量保持与原桥一致，并且要 严格按照设计的施工程序进行拱上建筑的拆除和重建，以确保拱圈的安全和均衡 受力。如果旧桥的裸拱受力满足不了要求，则应首先加固拱圈，然后再拆除和新 建拱上建筑。 ,)设计要点 (,)绘制拱脚、拱顶、,,,等控制截面的压力影响线。 (,)根据影响线和拱圈的变形情况，调整拱上恒载分布，通过采用不同容重 的拱上填料，改变拱上调料厚度和用轻型栏杆更换石栏杆等措施，改变实际压 力线的位置。 (,)局部加大拱圈截面，调整实际拱轴线的位置，使其与压力线趋于吻合。 ,)施工工序 (,)为了增强原拱圈的整体性和承载能力，保证改造拱上建筑时的安全，首 先应对主拱圈的裂缝进行修补。 (,)对称拆除拱上侧墙，并挖除拱腔填料。若旧拱圈病害较严重，则应先在 桥孔下架设拱架支住拱圈后，再对拱上建筑进行施工。 第三章双曲拱桥病害与加同方法,, (,)对卸除恒载过程中重新出现的裂缝进行修补。 (,)对拱圈进行加固补强或加大拱圈截面。 (,)重新砌筑空腹式或其它较为轻型的拱上建筑。 (,)铺设桥面铺装 ?改变结构受力体系加固法 通过改变桥梁结构体系达到减少桥梁主拱圈的内力，是双曲拱桥加固改造中 一种行之有效的方法。当拱桥的上部结构恒载重力过大，或基础的承载力不足， 迫使拱脚产生水平位移或转动、主拱圈产生变形、拱轴线发生变化时，在条件许 可的情况下，可以调整拱上建筑的布置，改变原拱桥结构体系，以改善主拱圈的 受力状况，达到加固改造，提高原桥承载力的目的瞳,„,引。 ,)加固原理 对于双曲拱桥，可以清除拱上建筑及实腹段范围内的填料，降低拱顶断面高 度，浇筑钢筋混凝土桥面板或预应力混凝土桥面板，并用混凝土将拱上建筑与桥 面板相结合，从而加强拱上建筑刚度，使原来单一的拱式体系转化为梁拱体系， 使整个体系向柔拱——刚梁转化。 ,)加固设计要点 (,)由于改变了拱上建筑的恒载分布规律，就不存在恒载压力线和拱轴线重合 或接近的关系，因而不能按照恒载压力线和拱轴线重合的办法来计算拱中各截面 的内力，可运用有限元软件进行计算。 (,)由于加固改造后(拱背上增加了一层混凝土或钢筋混凝土，因而计算拱圈 截面几何特性时，需将拱背上增加的混凝土或钢筋混凝土考虑进去。 (,)由于加固后，拱上建筑的联合作用比原结构小，因而可以不予考虑，而将 拱上建筑的自重转化为集中荷载和分布荷载施加在拱圈上。 ,)施工工序 (,)为了增强原拱圈的整体性和承载能力，保证改造拱上建筑时的安全，首先 应对主拱圈的裂缝进行修补。 (,)对称拆除拱上建筑。 (,)对卸除恒载过程中重新出现的裂缝进行修补。 (,)浇注钢筋混凝土桥面板或预应力混凝土桥面板。 (,)铺设桥面铺装，安装栏杆等附属设施。 ?箱拱加固法 箱拱加固法(图,(,)，即是以钢筋混凝土薄板将拱肋俩俩相连，使双曲拱桥 变成封闭箱拱,?。显然，这一方法能显著增大桥梁的横向联系，使横向刚度增大， 同时使拱肋承压面积增大许多，也能从根本上解决双曲拱桥主拱圈正截面面积和 第三章双曲拱桥病害与加固方法 横向联系不足的问题。同时由于截面呈作箱形，截面抵抗矩大增，使得拱圈的变 形显著减小。 图,(,箱拱加固法 ,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;, ,)加固原理 箱拱加固法，一方面加强了主拱圈的整体性和横向刚度，从根本上解决双曲 拱桥横向联系薄弱的缺陷。另一方面，新增底板使拱圈截面重心下移一个常量， 故拱轴线不变，但由于横截面增大，使得截面承受负弯矩能力大增，同时底板内 的纵向钢筋可按承受正弯矩进行布置，从而达到提高截面承受正弯矩的能力。 ,)加固设计要点 (,)恒载内力按原构件的截面模量进行计算，即新浇注的底板混凝土恒载仍作 用于原构件上。 (,)活载内力用加大后的截面模量计算内力，对不同的混凝土标号和新补强的 钢筋按其弹性模量进行截面换算。 (,)强度验算时，应按组合截面进行有关验算，同时考虑到底板混凝土的应力 滞后问题。 ,)施工工序 (,)搭设工作平台:可以通过制作挂篮或在桥下搭设满堂支架的方式搭设工作 平台。 (,)拱肋植筋:首先，对拱肋进行表面处理以混凝土粗骨料出露为准，可用人 工敲打、凿毛、钢丝刷刷擦等方法:其次，在钻孔时，为防止对拱肋造成破损，采 用空心取样钻孔机成孔:最后清除孔内灰尘，注入专用胶，以旋转方式插入钢筋并 做“植筋:抗拉拔试验。 (,)浇筑底板硅前，应先对主拱圈的裂缝进行修补。 (,)钢筋绑扎、安装模板:由于在原拱肋底部施工，难度较大，因此施工时采 用分幅分段施工，即横向分幅从两拱脚处分段对称向拱顶合拢，每段模板根据施 工难易程度控制在,,,,，钢筋可适当加长，钢模板的纵横接头应控制平顺，钢筋 接头位置按规范办理。 第三章双曲拱桥病害与加固方法,, (,)浇筑混凝土、养生，每段混凝土的接缝应进行处理，即凿除接头混凝土， 对其涂刷水泥浆液，以确保新老混凝土保持良好的粘结力。 ?预应力钢拱加固法 预应力钢拱承托加固方法是通过预应力钢拱对主拱肋形成承托，以降低主拱的 应力水平，并使加固结构与原结构共同承担恒载和活荷载，从而达到有效提高双 曲拱桥承载能力的目的…,。此法具有不中断交通，不改变桥梁结构，基本不增加 拱桥结构高度，不影响桥下通航能力等优点。 ,)加固原理 通过对钢拱旌加轴向预应力，形成对主拱圈的径向力，因径向力与外荷载的 方向相反，从而达到对主拱圈卸载和提高桥梁承载力的目的。在实际运用时，可 以根据混凝土双曲拱桥主拱和基础的实际承载力，合理选择加固钢拱的预应力大 小和基础形式(是否与原拱共用同一基础)，达到加固、提载的设计要求。 ,)加固设计要点 (,)通过现场测试和分析计算对双曲拱桥的损伤状况和承载能力进行评定。 (,)根据评定结果，结合对加固、提载等级的要求，分析、计算确定加固钢拱 内的预应力水平和加固后双曲拱桥各构件的应力水平。 (,)进行加固钢拱的截面设计、构造设计。 (,)原桥混凝土构件的加固补强设计，加固施工设计。 (,)最后进行承载力验算。 ,)施工工序 (,)对原拱肋混凝土表面进行处理，凿除表面破损混凝土，清理钢筋及混凝土 的表面，采用高标号环氧砂浆补平原损伤部位。 (,)钢拱的放样、加工制作。钢拱可以由槽钢和钢板围焊组成。 (,)钢板与主拱侧面角钢焊接以及槽钢的吊装焊接。 (,)主拱根部植筋，焊接固定加固支座，浇灌支座混凝土。 (,)施加钢拱预应力。 (,)在承托钢拱内压浆填充。 (,)喷射混凝土包裹外露型钢，以起到保护层的作用。 ,(,(,双曲拱桥下部结构加固方法 双曲拱桥的墩台及基础的病害主要是不均匀沉降、地基承载力不够和过大的水 平位移。其中墩台的水平位移是拱式桥梁的常见病害，本文将着重介绍适用于此 的顶推加固法和预应力拉杆加固法。至于不均匀沉降和地基承载力不足也是其它 形式桥梁的常见病害，研究也较多，在双曲拱桥的处置中，没有什么特别之处， ,,第三章双曲拱桥病害与加,司方法 故本文将不再赘述。 ?顶推加固法 建于软土地基上的双曲拱桥，往往由于地基松软而产生水平位移和沉降，使 其拱轴线下沉，拱肋开裂，从而影响桥梁的正常使用,?引。为了消除水平位移引起 的损坏，可采用顶推工艺使拱轴复位，调整主拱圈内力，达到加固的目的。运用 顶推工艺可以在恢复断面整体性完好的前提下，恢复原桥的承载能力。它比其它 的方法更经济实用，可在不损坏原桥外貌，不缩小通航净空的情况下，完成桥梁 的加固工作。 ,)加固原理 所谓“顶推工艺:就是将双曲拱桥的一端作为顶推端，设立顶推横梁，横梁 与拱肋紧紧相连，凿除拱脚与支座的联结，使支座自由;然后安放千斤顶，利用 千斤顶的推力沿拱轴线向上、向跨中方向顶推横梁，从而使整个拱圈移动，拱轴 复位，消除水平位移引起的损坏，调整主拱圈内力，达到加固的目的。 ,)加固设计要点 (,)顶推横系梁的设计:设计顶推横系梁的目的是使千斤顶推力完全可靠地传 给主拱圈，保证拱脚部分主拱圈受力均匀。 (,)千斤顶的布置和数量的确定:千斤顶沿主断面均匀布置，尽量使横系梁或 拱肋受力均匀，所需千斤顶的数量由恒载轴向力的大小确定，即 ,??,(,,,)(,(,) 式中:，,,一所需千斤顶的数量 ?一上部结构在拱脚产生的恒载内力 尸一一台千斤顶的最大负荷 ,一一千斤项的机械效率，取,,,(, (,)顶推位移量的确定原则:第一，根据实测的位移量，第二，根据拱顶实测 下沉值和拱顶推力影响线推算，第三，顶推直至桥上或缘石出现负弯矩为止。 ,)施工工序 (,)顶推前做好机具设备的准备工作，主要有:电动油泵、分油器、高压油管、 油压表、扳手、油压千斤顶、经纬仪、水准仪、电阻应变片、电测位移计、百分 表及电钻等。 (,)做好顶推过程中观测的准备工作，事先确定出仪器安装位置，并装上量测 第三章双曲拱桥病害与加,司方法,, 仪器。 (,)将双曲拱桥的一端作为项推端，设立顶推横梁，横梁与拱肋紧紧相连，凿 除拱脚与支座的联结，使支座自由。 (,)安放千斤顶，利用千斤顶的推力沿拱轴线向上、向跨中方向顶推横梁，从 而使整个拱圈移动。 (,)当顶推位移值相当于原桥已产生的位移值时，停止顶推。 (,)对拱脚离不拱座的空隙上浇注高强快硬水泥砂浆。 (,)待砂浆硬化后，放松千斤顶，项推完成。 ?预应力拉杆加固法 对于拱圈纵向开裂或横向开裂，以及桥台产生位移、拱顶下挠的拱式桥梁，可 采用预应力拉杆法进行加固(图,(,,)。目前采用的主要是钢板箍套钢筋拉杆加固 法，或钢筋混凝土拉杆法。通过顺桥向设置的钢筋混凝土拉杆或钢拉杆施加预应 力进行加固，具体施工工艺与后张法预应力梁桥的施工方法相同?,引。 图,(,,预应力拉杆加固法 ,,,,(,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,—,,,,,,,,,,, ,)加固原理 通过在桥墩台之间设置拉杆，减小拱圈的水平推力，减小墩台的水平位移;并 对拉杆施加预应力，使主拱圈产生轴向压应力，从而消除裂缝，达到提高桥梁承 载能力的目的。 ,)设计要点 (,)锚固支座的设计，选择合适的锚固方式并做好锚固端的应力分析，以防止 产生过大的局部应力对结构产生新的破坏。 (,)预应力的设计，预应力一方面要消除墩台位移对结构产生的影响，另一方 面，预应力太大，将使主拱圈产生受压破坏。 ,)施工工艺 (,)锚固支座的制作，可以在拱圈根部凿开混凝土，外露钢筋后焊接拉杆铆座， ,,第三章双曲拱桥病害与加同方法 也可在桥梁墩台上设置锚固支座。 (,)预应力拉杆的制作。 (,)施加拉杆预应力。 ,(,(,加固方案选定原则 在选择加固方案时，应遵循以下原则口羽 ?桥梁加固后，无论结构性能、承载能力、耐久性方面能达到使用上的要求。 ?桥梁加固一般以不改变原有结构形式为原则，采用加大受力截面或者修复 原来桥梁构件，或者采用其它措施来提高桥梁的承载能力。 ?首先，了解和判断桥梁下部结构的承载能力潜力，以满足加固后所增加桥 梁的自重和活载对基础的要求。如果基础或墩台的承载力不足，或上部结构缺陷 是由墩台和基础的沉降和位移所引起的，就要求对下部结构进行加固处理。 ?桥梁加固的经济效益比较结果，是影响加固方案和设计是否被采用的决定 因素之一，常采用下面两个指标进行对比。 ,)结构改善系数,,比较 ,, ,,,,—,×,,,,(,(,)。 日 式中:刁一结构改善系数; 曰一加固前桥梁承受活载的能力; 只一加固后桥梁承受活载的能力。 通常情况下，结构改善系数越大越好，表现加固效果显著。在实际操作过程中， 桥梁承受活载的能力，常用挠度来衡量，即 工, ( ? 巧,华枷。, 式中: 彳一加固前桥梁承受活载时，桥梁的挠度 六一加固后桥梁承受活载时，桥梁的挠度 (,)成本效益系数, ?？,口, , ( ,:旦、，、， 第二章双曲拱桥病害与加固方法,, ,一每平方米桥面所加固的费用 显然，成本效益系数越大，成本的效益就越大，经济效益就越好。 ?桥梁加固的方式，要根据桥梁结构形式、承载能力增强程度或今后交通运 输趋势综合研究确定。 ?其它因素 在选定桥梁加固方案，还应考虑到以下因素: 加固设施的养护费用:加固时的交通阻碍造成的运输上的损失:加固技术的耐 久性:施工安全性、对环境的干扰程度等，这些因素都不能忽视。 ?各种加固方法比较 在查阅大量参考文献的基础上，总结分析各种加固方法的优、缺点及适用情 况，列于表,(,，希望能为工程实际中选择适当的加固方法提供参考。 表,(,各种加固方法比较表 ,,,,,,(,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,, 加同方法名称优点缺点适用情况 施一,:方便，可在结构美观对结构的整体性、 表面封闭修补法及耐久性方面起到一定强度的提高效果微可用丁表面的处治。 的作用乎其微 恢复结构的整体性，保持使用的化学材料可一般用于裂缝多且深 压力灌浆法结构的强度、刚度、耐久能会对环境产生影入结构内部或结构有响，应做 好处理措 性、抗渗性及外形的美观空隙的修补法场合施 修补裂缝，并使得裂缝处 的强度达到或超过原有需要使用特种胶，适用于深层裂缝和细 壁可法基材的强度，胶液能达到加固费用较高微裂缝的修复 细微裂缝的末端，加固效 果好 简单易行，效果明显，增结构恒载增加，现 加原拱肋的截面惯性矩，场工作量大，养护适用于原构件截面面加大拱肋截面法时间长，占用 桥下积不足，可用于拱肋、 增加原拱肋的截面的含净空，浇筑混凝土横向联系的加固。 筋率。时，影响上部交通。 所,„,空间小，不影响结构加?,、成型比较凼适用丁结构能承压而 外观，对结构刚度提高明难，有时粘附不够抗弯能力不足，常用 粘贴钢板法 粘显，能闭合裂缝，不减小完善，此外钢板的丁拱肋，腹拱圈的加 贴桥下净空，不影响交通。防腐要求也较高。固。 加 固与结构物枯附性能较好，仅用于拱肋的加 法加一，:成型容易，川钢量 粘贴钢筋法固，同时需做好钢仅用于拱肋的加同少，锚同 牢同方便，有效 筋的防护,,作。提高结构刚 度。 第三章双曲拱桥病害与加同方法 适应不同构什形状、成型 方便、施,，:方便，对原结纤维材料的弹性模 粘贴纤维材构不产生新的损伤，能有量低，应避免川量 常用于拱肋，拱波，效地封闭混凝十的裂缝， 料法过多而引起结构的腹拱圈的加固。具有优良的抗 腐蚀性，不 脆性破坏。影响结构外观， 几乎不增 加恒载 模板用量少，操作方便，结构恒载增人，锚 机动灵活，能在高空、深喷混凝土易产生因常用于主拱圈、腹拱 锚喷混凝十法坑或狭小空间作业，能有收缩和徐变产生的圈的加固。 效处置裂缝，使结构恢复裂缝。 变形的协调性。 “拱托”对旧拱圈形成卸桥梁下部构造也要 载，横向刚度大增，不需拱托加同法相应加宽加固，且适用于主攻圈的加固 要拆除旧结构，方便桥梁旌工难度较大 的加固 工程量较大，需拆适用于拱轴线与压力 调整拱轴线与压力使得压力线与拱轴线吻 除原结构，中断桥线偏离过大，主拱圈 线加固法合，结构受力更合理。上交通应力较人的加固 改变结构受力体系改变结构内力分布，改善,，:程量大，需拆除适用于上部结构恒载 加同法结构受力，能提高桥梁的原结构，中段交通，过大，或基础承载力应特别注意施工安 荷载等级不足的桥梁加固全 变双曲拱为箱拱，从根本适用于拱肋状况良 上解决横向联系不足的自重增大较大，底好，主拱圈的横向联 箱拱加固法问题，增大主拱圈截面和板混凝土浇筑困难系较弱，承载能力不 截面抵抗惯性矩，提高桥足 梁承载力 不中断上部交通，不改变 桥梁结构，通过预应力钢对桥下净空有一定适用于主拱圈状况良 拱对主拱肋的承托，降低的影响，加固耗费预应力钢拱加固法好，需对桥梁进行提 主拱的应力水平，加固结钢材较多，且需对载 构与原结构共同承担恒钢拱进行防腐处理 载与活载 消除桥台位移，调整主拱施工难度大，丁程使用于可能或已发生 圈内力，不损坏原桥外 顶推,,,,,古,法量较大，需中断上桥台位移的拱式桥 梁貌，不缩小通航净空，经 部交通加固济效应好 减小拱圈推力，减小墩台 的水平位移，并对拉杆施影响桥下净空，预 预应力拉杆加同法加预应力，使主拱圈产生应力拉杆需进行养适用于无通航要求的 轴向压应力，从而消除裂护桥梁加固 缝 第三章双曲拱桥病害与加同方法,, ,(,本章小结 本章介绍了双曲拱桥的病害类型及并分析了病害产生的原因，提出了病害预 防的措施，阐述了双曲拱桥常见裂缝的处治办法和上部结构加固的基本原理和上、 下部结构加固的方法，总结了加固方案选定的原则，比较了各种加固方法的优缺 点及适用场合。 ,,第四章四川达州平滩人桥病害与加同 第四章四川达州平滩大桥病害与加固 ,(,工程概况 平滩大桥位于达州市达县平滩乡，距乡政府约,,,,，是一座连接平滩与景市 两地的一座重要桥梁。大桥为净跨径,,:,,,、净矢高,,,,(,,,,、拱轴系数,,,(,, 的等截面悬链线双肋单波双曲拱桥(如图,)，主拱圈厚,,,(,,,，由,,,厚,,, 钢筋混凝土薄壳及,,;,厚的拱石砌料组成。拱上建筑为空腹式拱式结构、腹孔孔 径,。,,(,,，,,,,(,,，腹拱圈厚度,。,,(,,,，拱上填料厚度为,(,,。两桥头引 孔为,,,(,,的半圆形拱，拱圈厚,,,(,,,。大桥全长,,,?,。 ,(,平滩大桥总貌 ,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 大桥原设计标准: ?桥面宽度:净一,(,,，,×,(,,,人行道，桥面宽,(,,: ?荷载等级:汽一,,、挂,,,,，人群,(,,(,, ,,,。 为减轻结构自重，拱上横墙横桥向挖孔，其中顺桥向宽,,;,。拱上侧墙用粗 料石砌筑，顶宽,,,;,，拱腹填料为粘土，桥面铺装厚,,;,，人行道栏杆亦为粗 料石。为增强主拱的整体稳定性，分配荷载作用，使两拱肋与拱波共同受力，全 桥等间距设有,道,,;,厚的钢筋混凝土横隔板。大桥于,,,,年建成通车。 第四章四川达州平滩犬桥病害与加同,, ,(,平滩大桥的病害现状 ,(,(,现场初步调查后发现的病害 现场调查采用普查、量测结构尺寸、回弹仪测混凝土强度与碳化深度，访问 当地群众和当时的建桥职工。 ?对平滩大桥施工情况的初步了解。平滩大桥是在国家经济比较困难的情况 下建设的，采用双肋单波双曲拱桥，以节省材料，如图,(,所示。由现场外观可以 看到，结构尺寸单薄。拱波混凝土的强度不高，较拱肋混凝土强度相差较大(详 见表,(,，,(,)，施工比较粗糙，质量不高。拱背料石砌筑没有做修整，从外观看 高低不平，侧墙、拱波料石的砂浆缝许多地方不饱满，在跨中附近拱肋局部地方 混凝土有脱落现象，拱石风化严重; ?使用不当，超载严重。平滩大桥是连接景市与平滩的一座重要桥梁，是两 岸居民生活和过往车辆的主要通道，自,,,,年建成以来，给过往行人及车辆带来 方便。平滩乡煤炭资源丰富，质量好，是乡政府的重要经济来源，所有车辆必须 经过该桥。因此，在最近几年里，常常出现超载的现象，大大超出了桥梁的设计 负荷，最终成为危桥; ,(,平滩大桥断面示意图 ,,,(,(,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 第四章四川达州平滩人桥病害与加固 ?建成通车以来的病害初步了解。该桥自运营以来，一直都有不同程度的病 害，,,,,年达县交通局曾组织过处理，如用水泥砂浆封闭裂缝(包括拱波上缘、 横墙、腹拱圈，尤以腹拱圈最为严重)，并用混凝土加大拱上横墙底座尺寸等，但 由于结构构造偏小，横隔板开裂失去其应有的连接整体作用，在车辆荷载作用下 使病害一直在进一步恶化，直到最后不得不关闭交通，影响了当地正常的生活和 经济建设。 ?两岸地基情况。据达县交通局和当地民工介绍，两岸主拱墩都布置在基岩 上，但该桥施工时未作地质调查。 ?混凝土强度和碳化深度测定。为了能准确地了解实际拱肋和拱波混凝土强 度，进行混凝土强度和碳化深度测定。在景市岸下游拱脚处用回弹仪测试拱肋和 拱波的混凝土强度，测试的结果如下表,(,和表,(,。 表,(,拱肋混凝土强度 ,,,,,,(,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,, 测 ,点平均值砼强度 ?,点,点,点,点,点,点,点,测,(,,,)(,,,) 区 点,点,,点 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,(,,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, 注:每一测区取,,个测点，表中为,,个测点值已去掉,个大值和,个小值后剩,卜(的,, 个测点值。因此，测点数,,,,，合格判定系数,取,(,。 ,, ,,,, 一 试件混凝土强度平均值,,,,,,,,,,?, ,,, 第四章四川达州平滩大桥病害与加，古,,, 试件混凝土强度的均方差鼠,,(,,,,, ,,,,(,,(见一,×鼠),,,(, ,,, 疋,,,(,,(兄，),,,(, ,,, ,,,,,,,(,兄,,,, ,(,,,, 表,(,拱波混凝土强度 ,,,,,,(,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, 澜,点砼强 ?,,,,,,,,,,,平均值度 测区?„点点点点点点点点点点(,,,)(,, ,) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,(, 附注:同表,(,。 ,尺 试件混凝土强度平均值,。等矿,,,?,,,,; 试件混凝土强度的均方差最,,,(,,,,; 兄，,,(,,(,。一,×鼠),,,(, ,,,; 兄,,,(,,(,(，),,,(, ,,,; ,,,,,,兄，兄,,,,,(, ,,,。 以上测量结果表明，拱肋和拱波混凝土设计标号同为,,,，但实际成桥后两者 强度相差很大，几乎是一倍，拱肋的混凝土强度比设计强度要高，而拱波的混凝 土强度不足,,,，说明该桥的施工质量稳定性较差，离散性大。 ?两岸居民紧靠两桥台，有些甚至直接搁置在桥台上，这不符合桥梁管理要 第四章四川达州平滩大桥病害与加固 求。 ,(,(,现场裂缝详细调查 通过现场裂缝调查，发现平滩大桥裂缝病害状况如下: ?拱肋径向缝。此种裂缝细而密，凭肉眼不易觉察，主要分布在,,,,—,,,, 范围内，并蔓延至,,,,,,,,，且在拱项附近出现局部混凝土块体脱落。 ?拱波纵向缝。拱波纵向缝有数条，此种裂缝细而长，主要分布在拱脚附近， 向跨中方向延伸，其中在拱波下缘中线有一条沿桥轴线方向的裂缝，宽度达,— ,,,，根据构造和受力特点，该裂缝已贯穿整个拱波，是主拱结构中最为严重的 裂缝之一。此外，在景市岸下游拱脚处距钢筋混凝土拱肋约,,;,左右也有一条纵 向裂缝。 ?拱上横墙竖向缝。虽然腹孔立柱经过几次处理，我们现场调查仍然发现在 平滩乡乡政府岸拱上横墙出现贯通的竖向缝，且与拱波的纵向缝连通。于,,,,年 在横墙处现浇了混凝土，加大拱上立柱截面尺寸，竖向裂缝贯通新浇筑立柱混凝 土，说明裂缝在进一步发展，病害在进一步恶化。 ?横隔板竖向裂缝。平滩大桥全桥设有,道横隔板，每道横隔板都出现有数 条宽度不等的竖向裂缝，尤其是拱顶附近的几道横隔板，其中拱顶处横隔板裂缝 多达,处。这些裂缝的共同特点市数量既，宽度大，竖向裂缝贯通整个横隔板， 有的裂缝宽达,,,,;,。 ?腹拱圈开裂严重。平滩大桥,个腹拱中都有不同程度的开裂，尤其以平滩 岸拱顶附近的腹拱圈开裂最为严重，砌缝中的砂浆经上次修补后又全部脱落。 ?该桥的拱石局部风化较严重，砂浆缝不饱满，局部有脱落现象。 ,(,平滩大桥病害分析 造成平滩大桥病害因素很多，但归结起来不外乎有以下两个原因，一是受当 时国家经济困难，以节省投资为主指导思想，造成结构单薄，承载能力偏低;另 一个原因是超载使用。 ,(,(,设计原因 双曲拱桥是,,年代由我国建桥职工因地制宜发展起来的一种具有中国特色的 轻型拱桥结构，自一开始出现，就显示出其生命力，一度在,,年代成为中国桥梁 建设的主流。该桥型解决了当时起吊能力低，而又施工简便、快捷的特点，因而 降低了施工难度，因此深受桥梁建设者的欢迎。在这期间，各地区又根据当地的 第四章四川达州平滩人桥病害与加同,, 特点，发展了不少新结构，如多波双,,,钢筋混凝土拱桥，单波双曲钢筋混凝土拱 桥，以及如本桥的双肋单波砌石双曲拱桥。这些桥的共同特点是构造单薄，整体 性差，承载能力偏低，使用不久后开裂严重，已成为目前我国拱式桥梁中加固与 改造的重点。就本桥而言，主要体现在以下几个方面: ?结构尺寸单薄，与相同跨径、相同桥宽和荷载等级的石砌板拱桥，拱圈厚 度至少应为,,,;,，拱上横墙厚度至少在,,;,以上，而实际结构分别只有,,;,拱 波厚(,;,厚,,,钢筋混凝土拱波和,,;,厚石砌拱波)和,,;,横墙厚，从而使拱 圈刚度低，在荷载作用下的抗变形能力减小; ?横隔板尺寸偏小。横隔板是连接拱肋与拱波成整体，在装配式桥梁中起连 接作用，是整个拱桥的关键性构造物。然而由于本桥横隔板厚度偏小，只有,,;,， 根本无法抵抗拱波自重及其桥道系荷载、车辆荷载作用下产生的水平推力。据计 算，由拱波自重及其桥道系荷载、车辆荷载作用下产生的水平推力最大达,,,，实 际横隔板承受的最大拉力仅为,,，远远小于实际产生的水平拉力，显然无法平衡 其水平拉力，必然会导致横隔板开裂，这一点已从实际桥中得到印证(拱波下缘 沿纵向裂缝); ?拱上横墙尺寸偏小。由于主拱截面单薄，为了减小主拱结构应力，过多地 减薄了拱上横墙的尺寸，致使横墙抗推刚度削弱，参与了主拱的变形后，不能有 效地保持拱上建筑的形状，导致腹拱与拱肋共同变形而使径向开裂。由桥梁工程 可知，多跨连续拱桥，当桥墩或横墙尺寸较小时，在竖向荷载作用下会产生显著 的连拱作用，这是腹拱圈开裂的主要原因; ?拱轴系数选择不当。由于计算中可能没有得到复核，计算书中有错误(见 原计算书,,倒第,行…，,,(,,,,，…，应为…，,,(,,，…)，致使拱轴系数选择偏 低(,,,(,,)，正确计算则为,(,,,更接近恒载压力线，现造成拱轴线与恒载压力 线有两级的差异。 ?对这种双肋单波的拱桥，一般认为钢筋混凝土拱肋与拱波一起参与受力， 即将自重、活载等荷载通过它们直接传递到桥台(墩)。然而，实际的受力远非如 此，尤其是拱波，它不可能将荷载直接传递到墩台，这是因为力一定会沿传力路 线最短的途径来传递，因此必然是先传递到钢筋混凝土拱肋，再由拱肋传递到墩 台。显然，拱波将在两钢筋混凝土拱肋支撑处产生向外的水平推力，如图,(,所 示。这些水平力直接由横隔板承担。根据计算，这个水平推力最大可达到,,,，而 实际的横隔板只能承担,,,拉力，这样必然会引起横隔板开裂。这就是为什么横 隔板会开裂这么严重的的力学原因，也是最重要的原因。 第四章四川达州平滩人桥病害与加同 图,(,拱波产生的水平推力 ,,,(,(,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,(,(,使用方面原因 超载是引起大桥开裂的另一个重要原因。本桥原设计为单车道桥梁，因车行 道与人行道设置在同一标高，相对使桥面宽度有所加大，如车辆行驶时车轮边缘 离规范规定的不小于人行道边缘,,;,的话，能勉强同时通行两列车队，因此，在 桥上出现相对行驶的汽车在桥上交会就不足为奇。然而，由于经过桥上的汽车常 常是运煤车或石油公司的车，超载严重，常常会超过其设计荷载标准。这样当桥 梁结构薄弱，承载能力小，整体性差时，必然会通过开裂来释放其多余的能量， 结构开裂破坏就非常自然。 ,(,平滩大桥的加固设计与计算 根据病害分析的原因，对主拱圈(主要是钢筋混凝土拱肋)和横隔板内力进 行结构计算，验算桥梁加固改造的桥梁承载力(应力)能否满足规范要求。具体 计算结果见相关计算。 ,(,(,主拱圈内力计算 结构分析采用国际先进的,,,(,,,,,,,,,,,程序。采用三维空间模型，将 钢 筋混凝土拱肋和石砌拱波分别划分为三维梁单元和空间板单元，桥面系作为荷载 作用在拱圈(拱肋和拱波)上。具体计算以下八种工况: ?拆除,,;,厚桥面铺装后的拱肋应力; ?浇筑拱肋外包混凝土后的拱肋应力; ?浇筑拱波后的拱肋应力; ?浇筑,,;,厚钢筋混凝土桥面的拱肋应力; ?汽车荷载产生的拱肋应力; 第四章四川达州平滩人桥病害与加同,, ?人群荷载产生的拱肋应力; ?挂车荷载产生的拱肋应力; ?升温,,,,产生的拱肋应力; ?降温,,,,产生的拱肋应力。 将各阶段计算所得的应力进行迭加，并加以组合。具体组合结果详见有限元 分析报告。从表中可以看出: ?原拱肋截面尺寸单薄，在自重作用下截面的最大压应力值达,,(,,,,，已 超过了原设计,,,的容许压应力值; ?通过卸载(,,;,厚桥面)再加载(浇注拱肋、拱波、桥面混凝土)，可改 善拱肋截面应力; ?加大拱肋截面后，外拱肋(新加固部分拱肋截面)有效承担了后续荷载(拱 波、桥面混凝土荷载)引起的应力值; ?在各种使用荷载组合下，内拱肋应力变化不大，而外拱肋应力变化较大， 在主要组合作用下，虽产生拉应力值，但小于混凝土容许拉应力，但在附加组合 中，截面会产生超过容许拉应力值。 根据病害分析与结构分析，考虑两主拱桥台尺寸偏小，不能过多地新增结构 荷载，但同时应适当提高拱肋和拱波截面尺寸，以恢复结构承载力的加固原则， 将原设计中的,,;,厚桥面铺装减薄为,,;,厚,,,钢筋混凝土，由此减小的结构 质量基本上与拱波、拱肋截面以及横系梁所增材料质量相当，确保加固前后拱桥 总体质量基本不变化。 ,(,(,横系梁内力计算 横系梁作为空间梁单元，与拱肋、拱波一起进行空间受力分析，其计算结果 如下: 表,(,横系梁内力计算结果 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,, 横系梁内力(拉力)值 项目,,,, ,,,,,,(拱脚)(拱顶) 内力,,(,,,(,,,(,,(,,,(, 注:表中单位为吨。 ,,第四章四川达州平滩大桥病害与加同 表,(,中所列值均为拉力，这也说明了为什么横系梁会开裂的原因。计算表 明，靠近拱脚处的拉力最大，有朝拱顶减小的趋势。尽管如此，拱顶截面在受到 汽车荷载冲击力作用下产生的瞬间拉应力要比按静动载计算的内力大，此时，就 会造成拱顶及其附近的横系梁实际开裂要比其他截面处的横系梁开裂更为严重， 这一点也已经从实际中得到证实。 ,(,(,主拱台地基应力及稳定性验算 拱肋截面尺寸加大后，两主拱台截面尺寸必须作相应的调整，考虑到原设计 的两个主拱台尺寸太小，确保加固后的桥台稳定性能满足要求。计算结果表明， 基础地基应力能满足要求(验算时地基承载应力按,(,,,,)，而抗滑、抗倾覆稳定 性不能满足要求，必须将靠近两拱圈起拱线前墙处增加一厚,,;,，嵌入基岩至少 ,,,;,的钢筋混凝土，以承受过大的拱脚水平推力。 经过这样的加固处理，能够满足应力和稳定性的要求。 ,(,平滩大桥加固方案与施工要点 根据病害分析与结构分析，考虑两主拱桥台尺寸偏小，不能过多地新增结构 荷载，但同时应适当提高拱肋和拱波截面尺寸，以恢复结构承载力的加固原则， 将原设计中的,,,,厚桥面铺装减薄为,,;,厚,,,钢筋混凝土，由此减小的结构 质量基本上与拱波、拱肋截面以及横系梁所增材料质量相当，确保加固前后拱桥 总体质量基本不变化。 ,(,(,加固设计要点 根据对平滩大桥的现场调查，查阅原有部分设计和竣工资料，通过对加固前 后及实施过程中的结构计算分析，现提出以下加固方案措施。 ?将原桥面,,,,厚填料改换成,,;,厚,,,钢筋混凝土桥面，减轻桥面系质 量，以替换拱波锚喷及拱肋截面增大引起的质量，保证加固前后桥梁总体质量大 致相同。 ?加大拱肋截面尺寸，具体尺寸见图。 ?在拱波腹部锚喷,;,厚,,,钢筋混凝土。 ?在原横隔板处重新设置预应力混凝土横系梁，以平衡拱波及其桥道系在两 拱肋处产生的水平推力，增强拱肋与拱波的整体刚度。 ?加大拱座截面尺寸，由于拱肋增大后，需相应增大拱座截面尺寸。 第四章四川达州平滩人桥病害与加同,, ,(,(,加固施工加载程序 本桥加固施工加载程序较多，但必须按设计提供的加载程序进行口引。 第一步:卸掉桥面,,;,厚填料; 第二步:浇筑,,,主拱座混凝土; 第三步:绑扎拱肋、拱波及横系梁的钢筋; 第四步:浇筑,,,钢筋混凝土拱肋; 第五步:浇筑,,,预应力混凝土横系梁; 第六步:待横系梁的混凝土强度达设计强度时，将横系梁预应力钢绞线张拉 到设计吨位的,,,; 第七步:锚喷拱波,,,钢筋混凝土; 第八步:将横系梁的预应力钢绞线张拉到设计吨位; 第九步:浇筑,,;,厚,,,钢筋混凝土桥面铺装; 第十步:封闭裂缝。 ,(,(,加固后的使用效果 平滩大桥加固后，经过多年使用，未发现新的裂缝，原有裂缝也未发展，达 到了加固改造的目的，目前使用良好。为当地经济建设，特别是煤炭运输提供了 便捷通行条件。 ,(,本章小结 本章把对双曲拱桥的加固技术运用到了实际的工程中。首先介绍了平摊大桥 的病害现状，由于设计和使用过程中的原因，造成了该大桥开裂比较严重，影响 了正常的交通，故需要对其进行加固处理。然后根据病害分析的原因，对主拱圈 (主要是钢筋混凝土拱肋)和横隔板内力进行结构计算，验算桥梁加固改造的桥 梁承载力(应力)能否满足规范要求。根据病害分析与结构分析，考虑两主拱桥 台尺寸偏小，不能过多地新增结构荷载，但同时应适当提高拱肋和拱波截面尺寸， 以恢复结构承载力的加固原则，提出了具体的加固方案。 第五章结论与展望 第五章结论与展望 ,(,本文取得的主要成果 本文通过对双曲拱桥的产生与发展、结构特点、病害类型及原因、结构评定 及加固方法等诸方面的研究，主要得到下面的结论: ?双曲拱桥是我国建桥工人在工程实践中创建的一种具有民族特色的桥梁 形式，这种桥型在结构上继承了砖石拱桥的优良传统，吸收了现代装配式钢筋混 凝土桥的优点，它的产生曾为我国的交通事业和经济发展做出了杰出贡献;同时， 因为双曲拱桥的构造和施工特点，施工中存在稳定性不足，断面抗弯性能较弱， 整体性差等缺点，不少双曲拱桥都出现了较为严重的开裂，影响了桥梁承载能力 的发挥及正常使用寿命。 ?双曲拱桥由于建造时间比较早，采用较低的荷载等级，加之有着结构钢材 用量少、横向联结能力及整体结构性能差等先天不足，特别是长期重荷载、大交 通量的运营情况下，大部分双曲拱桥都出现了不同程度的结构病害或者已经发展 成为危桥。另一方面，出现病害的双曲拱桥没能得到及时的加固维修，使得结构 状况越来越差，病害不断发展，严重影响了公路交通。所以应该贯“预防为主， 防治结合:的方针，加强对现有双曲拱桥的调查研究，及时发现问题并解决，做 到防患于未然。 ?针对裂缝、主拱圈变形、拱桥承载力不足、横向失稳、侧墙鼓肚破坏等双 曲拱桥常见病害，本文提出了加强拱肋强度、增加拱间横向联系以及调整上部结 构填料等切实可行的治理措施。 ?对双曲拱桥进行结构分析时，可以运用空间有限元程序软件来进行。通过 采用不同的单元模型以及单元间的联结方式实现对桥梁结构的仿真分析。在对达 州平滩桥的加固过程中，采用了国际先进的,,,(,,,,,,,,,,,程序。运用三维空 间模型，将钢筋混凝土拱肋和石砌拱波分别划分为三维梁单元和空间板单元，桥 面系作为荷载作用在拱圈(拱肋和拱波)上。 ?本文以达州平滩双曲拱桥为工程实例，通过对该桥的检测，发现了该桥结 构尺寸单薄;拱波混凝土强度不高;拱背料石砌筑没有做修整;侧墙、拱波料石 的砂浆缝许多地方不饱满;跨中附近拱肋局部地方混凝土有脱落现象，拱石风化 严重;拱肋、拱波、横墙、横隔板、腹拱圈开裂严重等病害，根据病害分析与结 构分析，考虑两主拱桥台尺寸偏小，不能过多地新增结构荷载，但同时应适当提 高拱肋和拱波截面尺寸，以恢复结构承载力的加固原则，将原设计中的,,;,厚桥 第五章结论与展望,, 面铺装减薄为,,;,厚,,,钢筋混凝土，由此减小的结构质量基本上与拱波、拱肋 截面以及横系梁所增材料质量相当，确保加固前后拱桥总体质量基本不变化。通 过对达州平滩双曲拱桥加固方法的研究，总结并分析了各种加固方法的加固原理、 设计要点、优缺点及适用情况，希望能为工程人员在选择加固方案是提供参考。 ,(,今后工作的展望 虽然本文对旧桥加固进行了多方面的研究，但加固是一个较为复杂的研究课 题，其所涉及的因素众多，涉及的学科领域广泛，所以还有大量的问题需要进行 系统深入的研究: ?论文中仅对平滩大桥进行了经历计算，动力分析涉及较少，如何考虑由于 结构非线性、材料非线性的影响有待于进一步研究。 ?对于增大截面加固方法，采用应力叠加法在结构受力初期与实际情况比较 吻合，但随着混凝土的收缩徐变，在组合截面会出现应力重分布现象，截面应力 有可能调整，其调整程度可以结合混凝土非线性分析以及较为长期的观测来进一 步研究。 ?随着计算机技术的发展以及计算机在桥梁结构分析计算中的广泛应用，建 立足够精度的空间有限元模型来反映真实桥梁结构行为，这在实践上是科学可行 的，对于旧桥加固的维修加固计算也是十分重要的，因此今后的工作可以采用空 间有限元分析方法进行桥梁加固计算。 ,,致谢 致谢 本文是在尊敬的导师周志祥教授悉心指导下完成的。衷心感谢周老师这四年 对作者的培养和教诲。周老师严谨的治学作风、积极的生活态度、平易近人的风 格深深地影响和教育了作者，使作者终生受益。读书期间，周老师在学习、生活 等方面给予作者支持和帮助，经过一年的努力，本人在导师周志祥教授的悉心指 导和严格要求下完成了本论文。其间，从选题到定稿都凝聚了导师无私的辛勤付 出，对此本人深表感激～ 另外，在研究生学习过程中，也得到了学校研究生部、土木建筑学院的领导 和各专业老师的精心培养和大力支持，在此向他们表示感谢。 最后，衷心地感谢评阅论文的各位专家、教授。