06双曲拱桥加固成套技术研究

一、绪论

据不完全统计，全国目前有4万多座双曲拱桥， 在双曲拱桥问世后的十年内，据1979年全国公路桥 梁普查资料，全国共有大、中型双曲拱桥4085座， 但目前许多省双曲拱桥已陆续被炸光 。
一、绪论

如此数量众多的双曲拱桥，全部拆除重建，不仅 经济上不允许，对环境也将造成极大的污染和破坏。 此外双曲拱桥外形优美，与环境的协调方面远比梁 桥强，很多双曲拱桥已成为风景优美的景点；西方 在对待桥梁的加固或重建方面远比我们慎重，宁可 花更多的钱去修复也不允许乱拆。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法 2、双曲拱桥梁结构计算的有限元模型
双曲拱桥梁的有限元模型方法有多种，如： (1) 整体式空间梁格有限元模型； (2) 分离式空间梁格有限元模型； (3) 空间梁板有限元模型； (4) 平面杆系有限元模型。 但经过研究，实际应用效果较好的有以下三种： 1、双曲拱桥梁的单梁有限元模型方法； 2、 双曲拱桥梁的整体双曲拱桥梁格模型和分离梁格双曲拱 桥有限元模型方法； 3、 双曲拱桥纵向、横向开裂时的有限元模型方法；
1.2双曲拱拱上填料对横向分布系数的影响
0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 无桥面整体式梁格 肋1 肋2 肋3 有桥面整体式梁格 肋4 肋5
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 肋1
无桥面整体式梁格
有桥面整体式梁格
挠度/mm
弯矩/kN•m
跨中挠度
肋2
点间采用横向及竖向只受压连杆连接。另外一种，是主拱圈与
填料间只传递竖向受压荷载，不考虑填料与主拱圈共同工作作 用，模拟方法是在主拱圈梁单元节点与填料板单元节点间采用 竖向只受压连杆连接； (2) 减缓或是减少车轮动载对于拱肋的冲击，新旧规范都
明确规定：填料厚度大于或等于50cm的拱桥不计冲击力。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
一、绪论

因此，对双曲拱桥不应机械地一刀切，粗暴生硬 地“消灭”而应根据实际情况，对能够利用的双曲 拱桥进行加固、改善和维修，以恢复原有桥梁结构 的使用效能和延长使用年限，提高桥梁结构的荷载 等级和通行能力。

一、绪论
鉴于国内对待双曲拱桥的所谓“消灭双曲拱桥” 和“保留双曲拱桥”两种态度，我们对双曲拱桥进 行了详细的调查研究，从双曲拱的存在现状到加固 方法做一个全面的调查，了解在目前荷载等级下双 曲拱是否仍是一种合理可用的桥梁结构，以及适合 双曲拱桥的加固技术的研究。 而且，其研究成果对于圬工拱桥、混凝土箱拱 桥也有借鉴作用。
二、双曲拱桥梁测试的内容
1、双曲拱桥梁外部尺寸的测试； 2、双曲拱桥梁材料的测试； 3、荷载试验。
二、双曲拱桥梁的测试技术
三、双曲拱桥梁外部尺寸的测试
1、 主拱圈现有拱轴线形的检测，拱轴线的
准确测量结果是进行双曲拱桥计算、旧桥改 造的重要依据； 2、 构件几何尺寸检测，包括桥梁长度、桥 宽、净空、跨径、断面尺寸等； 3、双曲拱桥拱脚相对水平位移的测量； 4、双曲拱桥重力变异测量，除桥梁长度、桥 宽、净空、跨径等，还包括桥面铺装厚度测 定、其它附加荷载调查，如过桥管线等。
挠度比
1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 填料弹性模量
05
10
20
05
0.
.0
0.
0.
40
0百度文库
1
2
5
5
拱肋最大变形相对值与填料弹性模量关系
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
1.4填料刚度不同对主拱肋受力及变形的影响分析
在活载作用下： (1) 填料刚度对拱肋下缘应力比对上缘应力影响大， 填料刚度减小，会使拱顶、拱脚处上下缘拉应力增 大。 (2) 填料刚度对拱肋挠度影响明显，填料刚度减小， 会使L/4和拱顶处挠度增大。 (3) 填料刚度达到一定数值时，对拱肋应力、弯矩和 挠度影响不再有明显改善。
5、 承载能力分析和评估方法。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
1、双曲拱拱上填料对双曲拱结构计算的影响
1.1双曲拱拱上填料作用和传统的处理方法
(1) 传递车辆荷载至主拱，目前的传力理论有两种：主拱圈 与填料间同时传递竖向及水平向受压荷载，考虑填料与主拱圈 共同工作作用模拟方法是在主拱圈梁单元节点与填料板单元节
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法 2.2、双曲拱桥梁的梁格法有限元模型方法
梁格法的主要思想是将上部结构用一个等效梁格来模拟，将 分散在板式或梁的每一区段内的抗弯刚度和抗扭刚度集中于邻近 的等效梁格内，实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内，而 横向刚度则集中于横向梁格构件内。 主要分为两种： 1、双曲拱桥整体梁格模型 ； 2、双曲拱桥分离梁格模型 。
双曲拱桥主拱圈的拱肋、拱波和拱板协同工作性差，不是简 单的面积相加或是惯性矩相加， 数值计算中可以依据余能等效 的原则，将其转化为空间杆系模型。 双曲拱桥截面等效要考虑的构件有，等效时拱肋、拱波、拱 板、拱上填料、拱上横墙等。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法 拱肋与横向拱波体系等效方法
肋3
肋4
拱肋号
跨中弯矩
肋5 拱肋号
不考虑填料的抗弯刚度，将填料简化为拉压杆件，
285 无桥面整体式梁格 有桥面整体式梁格
在中肋（桥面）L/2处作用集中荷载1000kN时，考 虑桥面铺装层弯曲刚度和填料拉压刚度与不考虑 桥面铺装和填料刚度的计算模型相比： (1) 在拱顶(L/2)处的挠度、弯矩及轴力在横向 分布方面略有改善；
二、双曲拱桥梁的测试技术
双曲拱桥梁荷载试验的特点：
1、荷载加载应该以多分级为原则，而不
宜以荷载等级为原则； 2、观测的重点应该为变形观测为主。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
主要内容有：
1、 双曲拱桥拱上填料的影响； 2、 双曲拱桥梁有限元结构建模方法； 3、 双曲拱桥带损伤的结构建模方法； 4、 有限元模型修正方法；
弯矩/kN•m
284
283
282 肋1 肋2 肋3 肋4
拱脚弯矩
肋5 拱肋号
(2) 在拱脚处的弯矩和轴力相同，且两者在拱 脚处的各片拱肋受力都很均匀。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
1.3拱上填料刚度对横向分布系数的影响
在中肋桥面L/2处作用集中荷载1000kN时，填料的弹性模量取1GPa，考虑填料 抗弯刚度与不考虑填料抗弯刚度的计算模型相比： (1) 在拱顶处的挠度和弯矩均有明显下降，挠度平均降低23%，最大挠度降低 29%；弯矩平均降低15%，最大弯矩则可降低27%； (2) 在拱顶处的轴力受力性质有明显改变，不考虑填料抗弯刚度时拱肋轴力（增 量）受压，考虑填料抗弯刚度时则拱肋轴力（增量）受拉； (3) 拱脚处的弯矩和轴力相差不到10%，且在拱脚处的各片拱肋受力都很均匀； (4) 即使填料抗弯刚度极小，也可以使拱顶的挠度得到很大改善，最大挠度降低 的极限是30%左右。

一、绪论
调查、研究结论：

对于桥梁基础较好的双曲拱桥梁， 加固维修是可能的、而且是必要的。
二、双曲拱桥梁的测试技术
一、双曲拱桥梁测试的目的和原则
1、为双曲拱桥梁的评估、加固提供资料 （特别是为桥梁有限元分析提供资料）； 2、尽量利用现代科技成果，如：设备、 方法等。

二、双曲拱桥梁的测试技术
① 取与原拱肋横向左右相邻的两个拱波截面的各一半与原拱 肋截面相组合，作为等效模型中拱肋的截面，建立拱肋单元，使 原拱波沿纵向的抗压、弯及扭的刚度基本不变； ② 将拱肋沿跨径等分为段，每个拱肋上所得的交点横向相连 形成横向单元以模拟拱波横向作用； ③ 借助CAD计算出拱轴线长度，以为长度, 原拱波拱顶处的 厚度为宽度建立一矩形面，将该面赋予横向单元作为横截面； ④ 在有限元软件中调整横向单元的单元坐标轴倾角，使之与 相邻拱肋的轴向倾角相同，如此做法是为了更加精确模拟拱肋曲 率较小处横向刚度； ⑤ 为保证体系的质量特性与实际的情况相同，拱肋单元密度 取与原模型相同，而横向单元的密度则设为零。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法 2.1、双曲拱桥梁的单梁有限元模型方法
双曲拱桥梁截面是不同形状和材料组合而成的截面，单梁有限 元模型需先把几种材料组成的截面换算同一种材料的截面，同时 使得截面的力学特征保持不变，即基本的抗弯刚度、抗拉(压)刚 度相等。即为截面等效。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法 双曲拱截面等效原则
二、双曲拱桥梁的测试技术
五、双曲拱桥动静载试验
5.1荷载试验准备 5.3静载试验数据整理与分析 (1)试验资料修正 (2)各测点变位与应变的计算 (3)测点实测应力计算 (4)横向增大系数 (5)荷载横向分布系数 (6)校验系数 (7)试验数据曲线整理 (8)裂缝发展情况
(1)制定试验计划
(2)试验孔跨选择 (3)加载位置放样和卸载位置的安排
(3)试验人员组织及分工
(4)测试支架和脚手架搭设 5.2试验方案与实施 (1)荷载试验工况 (2)试验荷载 (3)静载试验加载程序 (4)加载控制 (5)试验观测内容 (6)双曲拱桥测试截面及测点布置
5.4基于荷载试验的双曲拱桥承载力评定
(1)双曲拱桥检算系数的确定 (2)双曲拱桥承载力评定 (3)基于动力测试的双曲拱桥承载力评定
一、绪论

对于双曲拱桥的加固改造，我国各省均十分重视， 很多省份把双曲拱桥的安全隐患排察作为目前排察 治理重点，许多省已纷纷出台政策要“消灭双曲拱 桥”，很多省份由于本来建造的双曲拱桥就少，在 “消灭双曲拱桥”的原则思想指导下，已经将全部 的双曲拱桥拆除，建成其它形式的桥梁（大部分建 成了施工简便、建造速度快的简支梁桥）。
三、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力 分析和评估方法
2.2.1双曲拱桥整体梁格模型研究
2.2、整体双曲拱桥梁格模型和分离梁格双曲拱桥模型
整体式模型是把主拱圈各构件看作一个整体的梁板式构件，采用梁格法建模。下 图给出了整体式梁格模型单元划分的情况。
构新颖、造型美观、造价低廉、节省材料、施工简便、
建设速度快等特点，再加上一些历史原因，迅速在全
国得到大力推广，成为20世纪60年代末至80年代初期
全国修建的主要桥型之一。
一、绪论

受历史原因局限，双曲拱桥的设计荷载等级一般 不高，而且结构本身存在较多问题，所以很多建成 年代较久的桥梁无法承载目前的车辆荷载而成为危 桥，一些建成年代不算太久的桥梁也由于交通量增 长迅猛产生病害，所以多数双曲拱桥由于建成年代 久远及建造质量不高等原因开始出现严重病害，因 此各地交通管理部门也开始将双曲拱桥列入维修及 加固改造计划中。
双曲拱桥梁加固成套 技术研究
欢迎各位专家、同行莅临指导
主要内容
1、绪论
2、双曲拱桥梁的测试技术 3、双曲拱桥梁的结构计算、承载能力分析和评 估方法 4、双曲拱桥梁的加固方法及施工技术
一、绪论
研究的背景及必要性
双曲拱桥是我国独有、最具有中华民族特色的一种
桥型，自我国第一座双曲拱桥建成通车后，由于它结
二、双曲拱桥梁的测试技术
1双曲拱桥外部尺寸测试
1.1双曲拱轴线测量
2 双曲拱材料测试
2.1双曲拱桥材料缺陷检测
(1)拱轴线为已知时
(2)拱轴线为未知时 (3)拱轴线拟合
(1)雷达检测技术；(2)超声波探伤技术
(3)声波检测法。 2.2 双曲拱桥材料分布检测
(4)激光三维扫描拱轴线
1.2双曲拱拱脚水平位移 (1)拱脚水平位移直接测量法 (2)拱脚水平位移仪器测量法 1.3永久观测点设置 1.4双曲拱桥重力变异测量
二、双曲拱桥梁的测试技术
四、双曲拱桥梁材料的测试
双曲拱桥结构材料主要包括混凝土、钢筋等，检测


内容主要包括： 1、双曲拱桥结构材料缺损程度检测； 2、双曲拱桥结构材料分布况检测，如钢筋的分布； 3、双曲拱桥结构材料物理与力学性能测定； 4、双曲拱桥结构材料材料腐蚀状况及化学性能测 试等。
(1)钢筋分布检测原理；(2)钢筋分布检测方法。
2.3双曲拱桥材料物理力学性能检测研究 (1)回弹法；(2)超声回波法；(3)超声回弹综合 法；(4)钻芯法； (5)拔除法。 2.4双曲拱桥材料化学性能检测研究 (1)混凝土氯离子检测； (2)混凝土碳化状况的检测； (3)混凝土电阻率的检测； (4)钢筋锈蚀直接评定技术； (5)钢筋锈蚀间接评定技术。