1.1 前言
我国有辽阔的土地资源，大川大河穿梭于广袤的大地之上，不但桥梁的数量众多，而且样式丰富。改革开放以来，我国的国民经济飞速提升，交通运输事业日新月异，公路桥梁作为交通运输的枢纽工程，在经济发展中起到的作用也越来越受到社会的重视。 拱作为人类建筑史上最伟大的发明之一，不仅拥有美妙的弧线，还有着良好的受力特性，能充分利用高抗压强度建筑材料的力学性能，因此拱桥在世界桥梁发展的历史中有着举足轻重的地位[2]。拱桥在我国有着悠久的历史，众多的形式，早在隋朝年间，著名匠人李春就在河北省赵县建造了举世闻名的石拱桥——赵州桥，20世纪 60 年代后的相当长一段时期，钢筋混凝土拱桥成为我国的主导桥型，尤其在公路桥梁中。然而在发展了几十年之后，相比其他现代化桥梁（如钢管混凝土拱桥，斜拉桥，悬索桥，预应力混凝土连续梁桥等），钢筋混凝土拱桥的应用与研究相对落后，跨度的提升较为困难，逐渐被现代化的桥型所取代。 我国现存的钢筋混凝土箱型拱桥大多修建于上世纪 60~90 年代，距今已服役20~40 年，由于当时经济条件落后等影响，设计荷载普遍校低，在漫长的服役过程中，桥梁结构要经受风、雨、水流的侵蚀、温度的不断变化、车辆的撞击甚至地震的破坏，因此产生病害和损伤难以避免[3,4]。在过去的几十年时间里，我国经济飞速发展，交通量日益增长，公路荷载等级也在不断提高，新建公路通常会考虑沿用旧公路线路，大、中跨径钢筋混凝土拱桥是这些公路路线的咽喉工程，但是这些老旧钢筋混凝土拱桥通常难以满足新建公路的承载能力要求，需改造或重建。一般而言，对既有桥梁进行加固改造的费用约为新建桥梁的 10%~20%，相对拆除重建而言可以尽量减小对原有交通的干扰甚至可以不影响原有交通，并且施工周期远小于拆除重建。因此对现有老旧桥梁的病害情况进行调查和分析，对承载能力不能满足现有交通需求的老旧桥梁进行加固维修使其能继续服役已成为公路交通领域的重要研究课题。
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1.2 箱形拱桥特点及研究箱形拱桥意义
箱形拱桥具有结构自重轻、抗弯抗扭刚度大等优点，通常采用预制装配施工方法，在横向可以将拱圈分为几个独立的箱肋，纵向再将箱肋分段，最后将预制箱段吊装到位并浇筑成整体，因此钢筋混凝土箱形拱桥被广泛运用于公路桥梁中。箱形截面主要有以下特点[5]： （1）截面挖空率大，可达 50~70%，大大节省材料成本并有效降低结构自重； （2）截面中性轴居中，能适应弯矩在正负方向上的变化； （3）箱形截面作为闭合空心截面，具有较高的抗弯抗扭刚度，可以使主拱圈达到较高的整体性，并且应力分布更加均匀； （4）由于预制箱肋刚度较大，因此施工过程中自身变形较小，易于控制施工质量，保证施工安全。
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2 箱形拱桥病害分析及黄坪大桥技术状况评定
2.1 概述
本章通过对钢筋混凝土拱桥的常见病害进行调研和分析，总结该类型桥梁的常见病害，以对后文黄坪大桥的病害调查和加固工程打下理论基础。 钢筋混凝土作为一种耐久性较好的材料，在工程结构中有着广泛的运用，但即便是设计、选材非常良好的结构，也会因为各种外部因素的作用而产生各种各样的病害。钢筋混凝土桥梁产生病害的原因有很多，如施工工艺存在缺陷，桥梁实际结构与理论设计有着差异，造成桥梁实际受力与理论计算有偏差；混凝土被有害化学物质侵蚀；混凝土裂缝以及施工过程中保护层厚度不达标造成的钢筋锈蚀等都可能造成钢筋混凝土桥梁的病害，轻则影响桥梁的使用寿命，重则影响桥梁的行车安全。 论文通过对四川省成都市大邑县以及广元市的公路桥梁病害普查和技术状况评定，总结了不同地质条件，不同环境条件以及不同修建年代的钢筋混凝土拱桥的病害特征，为以后的维护和加固提供参考。
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2.2 既有混凝土拱桥的常见病害
根据前文调查结果，总结出钢筋混凝土拱桥常见病害有：裂缝是混凝土桥梁以及众多钢筋混凝土结构的主要病害之一，其产生的原因可以分为荷载作用产生的裂缝，温度变化引起的裂缝，混凝土收缩引起的裂缝，钢筋锈蚀产生的裂缝，以及桥台基础变位引起的裂缝等。 拱圈的裂缝可以分为横向裂缝和纵向裂缝以及侧墙裂缝三大类： （1）横向裂缝（图 2-1）：即为裂缝延伸方向与桥梁走向垂直的裂缝，根据本小节前部分对混凝土拱桥的调查结果，混凝土拱桥的横向裂缝通常分布于拱圈的拱顶下缘以及侧面、拱脚上缘以及侧面，拱圈在荷载作用下拱脚截面主要产生负弯矩，拱顶截面主要产生正弯矩，这两个截面产生横向裂缝的主要原因为截面抗弯强度不足，造成截面抗弯强度不足的原因有多种，如截面尺寸偏小、配筋不足或者钢筋锈蚀等。
3 黄坪大桥加固技术有限元分析 ...... 23
3.1 有限元模拟简介 ...... 23
3.2 黄坪大桥有限元模型的建立 .......... 23
3.2.1 有限元单元类型的选择 ....... 23
3.2.2 模型参数及模型建立 ........... 26
3.3 原桥模型分析结果 .......... 29
3.4 加固方案选择 .......... 33
3.5 黄坪大桥维修加固设计 .......... 41
3.5.1 维修加固内容 ....... 41
3.5.2 主要维修加固工艺 ....... 44
3.6 本章小结 .......... 45
4 加固后静载试验研究 ...... 46
4.1 试验目的及依据 ...... 46
4.2 试验内容及测试方法 ...... 47
4.3 试验荷载及测点布置 ...... 51
4.4 试验结果与承载能力评定 ...... 57
4.5 本章小结 .......... 62
5 结论与展望 ...... 64
5.1 结论 .......... 64
5.2 展望 .......... 65
4 加固后静载试验研究
4.1 试验目的及依据
文第 3 章通过数值模拟的方法验证了加固方式的有效性，为了对加固工程施工质量以及加固后桥梁的实际承载能力进一步了解，全面检查桥梁的可靠性是否满足加固设计及公路桥梁相关规范的要求，为加固工程的竣工验收提供必要的数据，因此对该桥进行实桥荷载试验研究，荷载试验研究主要解决以下几个问题： 1.该桥结构较为复杂，在经历过加固改造之后其力学性能复杂程度进一步加大，在桥梁实际施工以及后期加固过程中都存在一些不确定因素，因此桥梁的实际力学性能与理论分析可能有所出入，因此对该桥进行静载试验，可以检验桥梁加固工程的施工质量，对加固工程的竣工验收提供必要的科学依据； 2.通过测定桥跨结构在实际荷载作用下的应力、应变、挠度等相关数据，和理论分析值进行比较，对桥梁加固的计算理论进行验证，从而评价桥跨结构的实际工作性能以及加固方法的合理性，并对今后该类型桥梁的加固工程提供重要的理论参考依据； 3.为桥梁以后的维修和管理提供相应的技术资料。
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结论
即有钢筋混凝土拱桥在长期运营过程中受到各种因素的影响，许多都产生了较为明显的病害，承载能力已经难以满足现有交通需求，并存在一定的安全隐患。对于这些病害桥梁，拆除重建不仅会产生较大的费用，也会对正常交通造成较多的影响，因此对原有桥梁的损伤评定与加固方法的研究具有重要意义，同时对桥梁的加固后承载力的检测与评定也显得尤为重要。本文通过广泛收集资料和大量调研，并以广元市青川县黄坪大桥加固工程为例，对桥梁病害特征及机理、技术等级评定、加固技术、以及加固后承载能力评定进行研究，得出以下结论：
1.本文结合对现役老旧钢筋混凝土桥梁的病害调查，阐述了本文的研究意义，在此基础上分别对桥梁的承载力评估研究现状与桥梁加固技术研究现状进行了阐述和分析，并认为基于荷载试验检测桥梁承载力的方法是评价桥梁结构承载能力的直接有效的方法。
2.通过广泛调研和收集大量资料总结归纳了钢筋混凝土拱桥的常见病害类型，对各个损伤现象进行机理和原因分析，并提出各个损伤类型对桥梁结构的影响，黄坪大桥的损伤检查和技术状况评定提供依据。通过研究表明，即有老旧钢筋混凝土拱桥虽然存在较多病害，但是对这些桥梁进行加固提载仍然是最经济高效的措施。
3.以青川县黄坪大桥加固工程作为工程实例，首先对该桥病害调查，依据《公路桥梁技术状况评定标准》对黄坪大桥进行技术状况评级，分析了该桥病害的产生原因，通过建立有限元模型，对比分析了不同加固方式对桥梁结构和承载能力的影响，得出仅对拱上结构进行加固即可满足提高该桥承载能力的结论，并对这些方法的施工操作和适用类型以及各自的注意事项进行了总结。
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参考文献（略）
