剛架拱橋加固方法的多維度解析與綜合評(píng)價(jià)——以仙仁剛架拱橋?yàn)槔?、引?.1研究背景與意義剛架拱橋作為一種獨(dú)特的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在橋梁建設(shè)的歷史長河中占據(jù)著重要的地位。它起源于20世紀(jì)70年代，是在雙曲拱橋、桁架拱橋、肋拱橋和斜腿剛構(gòu)橋等基礎(chǔ)上，結(jié)合我國拱橋特點(diǎn)及無支架施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)展起來的新橋型。這種橋型的出現(xiàn)，為解決當(dāng)時(shí)交通建設(shè)中的諸多問題提供了新的思路和方案。剛架拱橋具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)，這使其在橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，它屬于有推力的高次超靜定結(jié)構(gòu)，大部分構(gòu)件處于偏心受壓狀態(tài)，無純拉構(gòu)件，能夠充分發(fā)揮混凝土抗壓能力強(qiáng)的特性。與桁架拱相比，剛架拱橋的混凝土用量和鋼筋用量均可減少，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。其構(gòu)件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)整體性好，自重輕，這不僅降低了施工難度，還節(jié)省了材料成本。剛架拱橋的施工方法適用性強(qiáng)，可采用預(yù)制吊裝、有支架吊裝、懸臂拼裝、轉(zhuǎn)體施工法等多種方式，能適應(yīng)不同的施工環(huán)境和條件。其造型美觀，結(jié)構(gòu)線條簡單，橋下凈空大，對(duì)地基承載力要求比其他拱橋低，適用于跨徑25-70m的橋梁，在城市、交通和工業(yè)等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，在交通體系中扮演著不可或缺的角色，為人員往來和物資運(yùn)輸提供了關(guān)鍵的通道。仙仁剛架拱橋便是眾多剛架拱橋中的一座，它在當(dāng)?shù)氐慕煌ňW(wǎng)絡(luò)中起著重要的連接作用。然而，隨著時(shí)間的推移和使用年限的增加，仙仁剛架拱橋出現(xiàn)了各種病害。這些病害的產(chǎn)生，嚴(yán)重威脅著橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。病害的出現(xiàn)不僅影響了橋梁的外觀，更重要的是削弱了橋梁的承載能力。裂縫的產(chǎn)生可能導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；結(jié)構(gòu)的變形則可能改變橋梁的受力狀態(tài)，使橋梁在承受荷載時(shí)更加脆弱。對(duì)仙仁剛架拱橋進(jìn)行加固具有至關(guān)重要的意義。從保障安全的角度來看，加固能夠有效消除橋梁存在的安全隱患，確保過往車輛和行人的生命財(cái)產(chǎn)安全。橋梁作為交通的重要節(jié)點(diǎn)，一旦發(fā)生安全事故，后果不堪設(shè)想。通過加固，可以提高橋梁的承載能力和穩(wěn)定性，使其能夠承受當(dāng)前交通流量和荷載的要求。從延長使用壽命的角度來說，合理的加固措施能夠修復(fù)受損結(jié)構(gòu)，延緩橋梁的老化進(jìn)程，從而延長其使用壽命，減少橋梁重建的成本和資源消耗。重建一座橋梁不僅需要耗費(fèi)大量的資金，還會(huì)對(duì)交通造成長時(shí)間的影響，而加固則可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成，對(duì)交通的影響較小。因此，對(duì)仙仁剛架拱橋加固方法的研究迫在眉睫，這不僅有助于解決仙仁剛架拱橋的實(shí)際問題，也能為同類橋梁的加固提供參考和借鑒，具有重要的工程實(shí)際意義和理論研究價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在剛架拱橋加固領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者和工程人員已開展了諸多研究，取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。在國外，隨著橋梁建設(shè)歷史的不斷發(fā)展，對(duì)既有橋梁的加固維護(hù)逐漸成為重要研究方向。許多國家針對(duì)剛架拱橋的病害問題，研究了多種加固技術(shù)。例如，在材料應(yīng)用方面，新型復(fù)合材料如高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）在橋梁加固中的應(yīng)用研究取得了顯著進(jìn)展。FRP具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。一些研究通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬，分析了FRP加固剛架拱橋的力學(xué)性能和加固效果，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。在結(jié)構(gòu)加固方法上，改變結(jié)構(gòu)體系的加固技術(shù)受到廣泛關(guān)注。通過增設(shè)支撐、連接構(gòu)件等方式，調(diào)整結(jié)構(gòu)的受力體系，使結(jié)構(gòu)的受力更加合理，從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力。這種方法在一些大型剛架拱橋的加固中得到了成功應(yīng)用，有效解決了結(jié)構(gòu)承載能力不足的問題。國內(nèi)對(duì)于剛架拱橋加固的研究也十分活躍，結(jié)合我國剛架拱橋的特點(diǎn)和實(shí)際工程需求，在多個(gè)方面取得了豐碩成果。在病害分析方面，眾多學(xué)者通過大量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，深入研究了剛架拱橋常見病害的成因和發(fā)展規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，荷載增加、材料老化、施工質(zhì)量等因素是導(dǎo)致剛架拱橋病害的主要原因。微彎板裂縫、橫向聯(lián)系梁損壞、拱肋開裂等病害較為普遍，這些病害不僅影響橋梁的外觀，更嚴(yán)重威脅橋梁的結(jié)構(gòu)安全。針對(duì)這些病害，國內(nèi)學(xué)者提出了多種針對(duì)性的加固方法。在增大截面加固法方面，通過增加構(gòu)件的截面尺寸和配筋，提高構(gòu)件的承載能力。這種方法在實(shí)際工程中應(yīng)用廣泛，效果顯著。有工程實(shí)例表明，對(duì)剛架拱橋的弦桿、拱腿等關(guān)鍵構(gòu)件采用增大截面加固后，橋梁的承載能力得到了明顯提升。粘貼鋼板加固法也是常用的加固手段之一，通過在構(gòu)件表面粘貼鋼板，增強(qiáng)構(gòu)件的抗彎、抗剪能力。許多工程實(shí)踐證明，粘貼鋼板加固法能夠有效改善結(jié)構(gòu)的受力性能，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。盡管國內(nèi)外在剛架拱橋加固研究方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究在加固方法的優(yōu)化組合方面研究較少。不同的加固方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，如何根據(jù)橋梁的具體病害情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇和組合加固方法，以達(dá)到最佳的加固效果和經(jīng)濟(jì)效益，還需要進(jìn)一步深入研究。目前對(duì)剛架拱橋加固后的長期性能監(jiān)測(cè)和評(píng)估研究相對(duì)薄弱。加固后的橋梁在長期使用過程中，由于受到環(huán)境因素、荷載變化等影響，其性能可能會(huì)發(fā)生變化。缺乏對(duì)加固后橋梁長期性能的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，難以準(zhǔn)確掌握橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。本研究旨在通過對(duì)仙仁剛架拱橋的深入分析，在借鑒國內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有研究的不足展開創(chuàng)新研究。將綜合考慮多種加固方法的特點(diǎn)和適用范圍，通過數(shù)值模擬和實(shí)際工程驗(yàn)證，探索出適合仙仁剛架拱橋的優(yōu)化加固方法組合。同時(shí)，建立完善的加固后長期性能監(jiān)測(cè)體系，對(duì)加固后的仙仁剛架拱橋進(jìn)行長期跟蹤監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握橋梁的性能變化，為橋梁的安全運(yùn)營提供科學(xué)依據(jù)。通過本研究，期望能為剛架拱橋加固領(lǐng)域提供新的思路和方法，推動(dòng)該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。1.3研究內(nèi)容與方法本研究圍繞仙仁剛架拱橋加固方法展開，涵蓋病害調(diào)研、加固方法分析和加固效果評(píng)價(jià)三個(gè)關(guān)鍵方面，具體內(nèi)容如下：仙仁剛架拱橋病害調(diào)研：通過現(xiàn)場(chǎng)勘查，全面細(xì)致地記錄仙仁剛架拱橋的病害情況，包括裂縫的位置、長度、寬度，構(gòu)件的變形程度、破損狀況等。收集橋梁的設(shè)計(jì)資料，如結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)荷載、施工圖紙等，以及運(yùn)營過程中的交通流量、車輛類型等信息。深入分析病害產(chǎn)生的原因，考慮材料老化、荷載增加、環(huán)境侵蝕、施工質(zhì)量等因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。仙仁剛架拱橋加固方法分析：依據(jù)病害調(diào)研結(jié)果，結(jié)合剛架拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性能，對(duì)多種加固方法進(jìn)行理論分析。探討增大截面加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維布加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法等常見加固方法在仙仁剛架拱橋上的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)。利用數(shù)值模擬軟件，建立仙仁剛架拱橋的有限元模型，模擬不同加固方法下橋梁的受力狀態(tài)和變形情況，對(duì)比分析各種加固方法對(duì)橋梁承載能力、剛度和穩(wěn)定性的提升效果。仙仁剛架拱橋加固效果評(píng)價(jià)：制定科學(xué)合理的加固效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括結(jié)構(gòu)承載力、剛度、裂縫開展情況、變形等。通過荷載試驗(yàn)、無損檢測(cè)等技術(shù)手段，對(duì)加固后的仙仁剛架拱橋進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估加固方法的實(shí)際效果，判斷加固后的橋梁是否滿足設(shè)計(jì)要求和使用功能。為了實(shí)現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究將采用以下研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于剛架拱橋病害分析、加固方法和效果評(píng)價(jià)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)法：運(yùn)用專業(yè)的檢測(cè)儀器和設(shè)備，對(duì)仙仁剛架拱橋進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際病害信息和材料性能參數(shù)，為后續(xù)的分析和加固設(shè)計(jì)提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。數(shù)值模擬法：借助有限元分析軟件，建立仙仁剛架拱橋的數(shù)值模型，模擬橋梁在不同工況下的受力行為和變形情況，預(yù)測(cè)加固效果，為加固方法的選擇和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。對(duì)比分析法：對(duì)不同加固方法的理論分析結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，綜合評(píng)估各種加固方法的優(yōu)劣，篩選出最適合仙仁剛架拱橋的加固方案。二、仙仁剛架拱橋現(xiàn)狀分析2.1仙仁剛架拱橋概況仙仁剛架拱橋坐落于[具體地理位置]，該區(qū)域地勢(shì)起伏，河流蜿蜒而過，橋梁的建設(shè)對(duì)于連接兩岸交通、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著關(guān)鍵作用。它建成于[建造年份]，至今已歷經(jīng)[X]年的風(fēng)雨洗禮和交通荷載考驗(yàn)。從結(jié)構(gòu)形式來看，仙仁剛架拱橋?qū)儆谟型屏Φ母叽纬o定結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式使其在力學(xué)性能上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，有效承受各種荷載。其跨徑組合為[具體跨徑數(shù)值及組合方式]，這種跨徑組合是根據(jù)橋位處的地形、地質(zhì)條件以及交通流量等因素綜合確定的，旨在確保橋梁既能滿足交通通行需求，又能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。橋面寬度方面，仙仁剛架拱橋的橋面總寬度達(dá)到了[具體橋面寬度數(shù)值]，其中車行道寬度為[車行道寬度數(shù)值]，能夠滿足雙向[X]車道的交通通行要求，有效緩解了該區(qū)域的交通壓力；人行道寬度為[人行道寬度數(shù)值]，為行人提供了安全、舒適的通行空間。合理的橋面寬度設(shè)計(jì)，不僅提高了橋梁的通行能力，還保障了行人和車輛的通行安全。2.2病害調(diào)查與檢測(cè)2.2.1病害類型與分布經(jīng)過詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)勘查，仙仁剛架拱橋存在多種病害，這些病害對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。裂縫病害是最為常見的病害之一，在橋面板、拱肋、橫系梁等多個(gè)部位均有出現(xiàn)。在橋面板上，裂縫主要呈現(xiàn)為橫向裂縫和縱向裂縫，橫向裂縫大多分布在跨中區(qū)域，這是由于橋面板在車輛荷載作用下，跨中承受的彎矩較大，當(dāng)橋面板的抗彎能力不足時(shí)，就容易在跨中產(chǎn)生橫向裂縫。縱向裂縫則多沿著行車道方向分布，可能是由于車輛的反復(fù)碾壓、溫度變化以及橋面板與其他構(gòu)件之間的連接問題導(dǎo)致的。拱肋上的裂縫分布較為復(fù)雜，在拱腳、拱頂以及拱肋與橫系梁的連接處均有發(fā)現(xiàn)。拱腳處的裂縫多為斜向裂縫，這是因?yàn)楣澳_是拱肋的主要支撐點(diǎn)，承受著較大的壓力和剪力，在長期的荷載作用下，拱腳處的混凝土容易出現(xiàn)開裂。拱頂處的裂縫一般為豎向裂縫，主要是由于拱頂在恒載和活載作用下，承受著較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。拱肋與橫系梁連接處的裂縫則是由于兩者的受力變形不協(xié)調(diào)，在連接處產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。橫系梁上的裂縫主要為豎向裂縫，大多集中在橫系梁的跨中部位。這是因?yàn)闄M系梁主要起到連接拱肋、增強(qiáng)橋梁橫向整體性的作用，在車輛荷載的作用下，橫系梁會(huì)承受一定的彎矩和剪力，跨中部位的受力較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)裂縫。銹蝕病害也是仙仁剛架拱橋面臨的一個(gè)重要問題，主要出現(xiàn)在鋼筋外露的部位，如拱肋、橫系梁的表面以及橋面板的伸縮縫處。由于橋梁長期暴露在自然環(huán)境中，受到雨水、空氣等因素的侵蝕，鋼筋表面的混凝土保護(hù)層逐漸剝落，鋼筋直接與外界環(huán)境接觸，發(fā)生銹蝕。銹蝕會(huì)導(dǎo)致鋼筋的截面積減小，力學(xué)性能下降，從而降低結(jié)構(gòu)的承載能力。在拱肋表面，由于混凝土的碳化和剝落，鋼筋銹蝕較為嚴(yán)重，部分鋼筋已經(jīng)出現(xiàn)銹脹現(xiàn)象，使得周圍的混凝土出現(xiàn)裂縫和剝落。變形病害在仙仁剛架拱橋中也有所體現(xiàn)，主要表現(xiàn)為橋面板的局部凹陷和拱肋的下?lián)稀蛎姘宓木植堪枷荻喟l(fā)生在車輪經(jīng)常碾壓的部位，如行車道的輪跡帶處。這是由于橋面板在長期的車輛荷載作用下，局部承受的壓力過大，導(dǎo)致橋面板的混凝土出現(xiàn)破碎和下陷。拱肋的下?lián)蟿t是由于拱肋在長期的荷載作用下，其剛度逐漸降低，無法承受自身重量和車輛荷載，從而產(chǎn)生下?lián)献冃?。拱肋的下?lián)蠒?huì)改變橋梁的受力狀態(tài)，使得拱肋承受的彎矩和剪力增大，進(jìn)一步加劇病害的發(fā)展。2.2.2檢測(cè)方法與結(jié)果為了全面評(píng)估仙仁剛架拱橋的結(jié)構(gòu)性能，采用了無損檢測(cè)和荷載試驗(yàn)等方法對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)。無損檢測(cè)主要包括混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、鋼筋銹蝕檢測(cè)和內(nèi)部缺陷檢測(cè)。在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方面，運(yùn)用回彈法和超聲回彈綜合法對(duì)橋面板、拱肋、橫系梁等構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試?；貜椃ㄊ峭ㄟ^測(cè)量混凝土表面的回彈值，根據(jù)回彈值與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，推算出混凝土的強(qiáng)度。超聲回彈綜合法則是結(jié)合超聲聲速和回彈值兩個(gè)參數(shù)，綜合評(píng)定混凝土的強(qiáng)度，這種方法能夠更準(zhǔn)確地反映混凝土的內(nèi)部質(zhì)量。檢測(cè)結(jié)果顯示，部分構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，尤其是橋面板和拱肋的部分區(qū)域，混凝土強(qiáng)度下降較為明顯。這可能是由于混凝土的老化、碳化以及長期受到荷載作用和環(huán)境侵蝕等因素導(dǎo)致的。鋼筋銹蝕檢測(cè)采用半電池電位法，通過測(cè)量鋼筋表面與混凝土表面之間的電位差，判斷鋼筋的銹蝕程度。檢測(cè)結(jié)果表明，在鋼筋外露和混凝土保護(hù)層較薄的部位，鋼筋銹蝕較為嚴(yán)重，如拱肋和橫系梁的表面、橋面板的伸縮縫處等。這些部位的鋼筋銹蝕不僅會(huì)降低鋼筋的強(qiáng)度和延性，還會(huì)導(dǎo)致混凝土的脹裂和剝落，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性。內(nèi)部缺陷檢測(cè)運(yùn)用超聲波探傷儀對(duì)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部是否存在空洞、疏松等缺陷。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在拱肋和橫系梁的部分區(qū)域存在內(nèi)部缺陷，這些缺陷會(huì)削弱構(gòu)件的截面尺寸和承載能力，對(duì)結(jié)構(gòu)的安全構(gòu)成威脅。荷載試驗(yàn)是評(píng)估橋梁承載能力和技術(shù)狀況的重要手段。在荷載試驗(yàn)前，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和病害情況，制定了詳細(xì)的試驗(yàn)方案。確定試驗(yàn)荷載的大小和加載方式，選擇合適的測(cè)試截面和測(cè)點(diǎn)布置。試驗(yàn)荷載采用等效車輛荷載，通過在橋上布置載重汽車來模擬實(shí)際交通荷載。加載方式采用分級(jí)加載，逐步增加荷載等級(jí)，記錄每個(gè)加載等級(jí)下橋梁的變形和應(yīng)力響應(yīng)。在試驗(yàn)過程中，使用高精度的位移計(jì)和應(yīng)變片分別測(cè)量橋梁控制截面的撓度和應(yīng)力。撓度測(cè)量主要選取拱頂、L/4截面等關(guān)鍵部位，通過測(cè)量這些部位在不同荷載等級(jí)下的豎向位移，評(píng)估橋梁的剛度和變形情況。應(yīng)力測(cè)量則在拱肋、橫系梁等構(gòu)件的關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片，測(cè)量構(gòu)件在荷載作用下的應(yīng)力分布情況。荷載試驗(yàn)結(jié)果顯示，在設(shè)計(jì)荷載作用下，橋梁控制截面的實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)力均超過了理論計(jì)算值，且部分測(cè)點(diǎn)的殘余變形較大。這表明橋梁的實(shí)際承載能力低于設(shè)計(jì)承載能力，結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度存在不足。在加載過程中，還觀察到橋面板、拱肋等部位的裂縫有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)，這也進(jìn)一步證明了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性受到了嚴(yán)重威脅。根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合無損檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)仙仁剛架拱橋的承載能力進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果表明該橋目前的承載能力已無法滿足現(xiàn)有交通荷載的要求，需要進(jìn)行加固處理。2.3病害原因分析2.3.1設(shè)計(jì)與施工因素設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低是導(dǎo)致仙仁剛架拱橋病害的重要設(shè)計(jì)因素之一。該橋建成于[建造年份]，當(dāng)時(shí)的交通流量和車輛荷載相對(duì)較小，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)當(dāng)時(shí)的交通狀況確定的。然而，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通量的急劇增加，車輛的類型和載重都發(fā)生了顯著變化。如今，大型貨車、重型卡車等重載車輛日益增多，車輛的軸重和總重都遠(yuǎn)超橋梁當(dāng)初的設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)。長期承受超出設(shè)計(jì)荷載的作用，使得橋梁結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力不斷增大，超過了結(jié)構(gòu)的承載能力，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生、結(jié)構(gòu)的變形等病害。例如，在橋面板和拱肋等部位，由于承受的荷載過大，出現(xiàn)了大量的裂縫，嚴(yán)重影響了橋梁的結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)構(gòu)造不合理也對(duì)橋梁病害的產(chǎn)生有著重要影響。剛架拱橋的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析通常依據(jù)平面桿系理論，采用彈性支撐連續(xù)梁的方法進(jìn)行橫向荷載分布分析，然后進(jìn)行縱向橋梁內(nèi)力分析。但在實(shí)際工程中，這種分析方法很難準(zhǔn)確模擬橫向聯(lián)系的實(shí)際受力狀況，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算失真。仙仁剛架拱橋的橫向連接剛度較弱，主要通過橫系梁、橋面鋪裝層及微彎板進(jìn)行連接，在長期的使用過程中，這些連接部位容易出現(xiàn)損壞，使得橫向剛度進(jìn)一步降低。在汽車荷載的作用下，橋梁會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，這也會(huì)削弱橫向連接，導(dǎo)致剛度降低。橫向聯(lián)系的不足使得橋梁在受力時(shí)，各構(gòu)件之間的協(xié)同工作能力下降，局部構(gòu)件承受的荷載過大，從而引發(fā)病害。微彎板的側(cè)向水平推力作用會(huì)使橫系梁處于橫向受拉狀態(tài)，對(duì)橫系梁產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致橫系梁出現(xiàn)裂縫等病害。施工質(zhì)量缺陷同樣是引發(fā)橋梁病害的關(guān)鍵因素。在混凝土澆筑過程中，如果振搗不密實(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)蜂窩、麻面、孔洞等缺陷。這些缺陷會(huì)削弱混凝土的強(qiáng)度和耐久性，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。仙仁剛架拱橋的部分構(gòu)件就存在蜂窩、麻面等表觀病害，這使得混凝土容易受到外界環(huán)境的侵蝕，加速了病害的發(fā)展。鋼筋的錨固長度不足或鋼筋間距不符合設(shè)計(jì)要求，會(huì)影響鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，降低結(jié)構(gòu)的整體性能。在橋梁運(yùn)營過程中，鋼筋容易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，進(jìn)一步削弱結(jié)構(gòu)的承載能力。施工過程中的模板變形、支撐不穩(wěn)定等問題，也可能導(dǎo)致構(gòu)件的尺寸偏差和形狀不規(guī)則，影響結(jié)構(gòu)的受力性能。2.3.2運(yùn)營與環(huán)境因素交通量增加和超載現(xiàn)象是橋梁病害產(chǎn)生的重要運(yùn)營因素。近年來，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，仙仁剛架拱橋的交通量呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。大量的車輛頻繁通過橋梁，使得橋梁結(jié)構(gòu)承受的荷載次數(shù)大幅增加，加速了結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。超載現(xiàn)象在該地區(qū)也較為普遍，許多車輛為了追求經(jīng)濟(jì)效益，超過橋梁的設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行運(yùn)輸。超載車輛的通行使得橋梁結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、變形等病害。在拱肋和橋面板等關(guān)鍵部位，由于長期承受超載車輛的作用，裂縫不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)的變形也越來越明顯。長期的超載還會(huì)導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)的不均勻沉降，進(jìn)一步影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全。自然環(huán)境侵蝕對(duì)橋梁病害的影響也不容忽視。仙仁剛架拱橋長期暴露在自然環(huán)境中，受到雨水、空氣、溫度變化等因素的侵蝕。雨水的沖刷會(huì)導(dǎo)致混凝土表面的水泥漿流失，降低混凝土的強(qiáng)度。在雨水的作用下，混凝土中的有害物質(zhì)會(huì)被溶解并滲透到內(nèi)部，加速鋼筋的銹蝕?？諝庵械亩趸肌⒍趸虻扔泻怏w與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土碳化?；炷撂蓟瘯?huì)使鋼筋表面的鈍化膜破壞，從而引發(fā)鋼筋銹蝕。溫度變化會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，當(dāng)溫度變化幅度較大時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力。如果溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂。在冬季，低溫還可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的水分結(jié)冰膨脹，使混凝土出現(xiàn)裂縫。綜上所述，仙仁剛架拱橋病害的產(chǎn)生是設(shè)計(jì)與施工因素、運(yùn)營與環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。這些因素相互影響、相互促進(jìn)，使得病害不斷發(fā)展，嚴(yán)重威脅著橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。因此，在對(duì)仙仁剛架拱橋進(jìn)行加固時(shí)，需要綜合考慮這些因素，采取針對(duì)性的加固措施，以提高橋梁的承載能力和耐久性。三、剛架拱橋常用加固方法3.1增大截面加固法3.1.1加固原理與工藝增大截面加固法是一種通過增加構(gòu)件的截面面積和配筋，來提高結(jié)構(gòu)承載能力的傳統(tǒng)加固方法。其原理基于結(jié)構(gòu)力學(xué)中的基本原理，在混凝土結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件的承載能力與截面面積和配筋密切相關(guān)。當(dāng)構(gòu)件承受荷載時(shí)，截面面積越大，能夠承受的壓力和拉力就越大；合理增加配筋可以提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能。在仙仁剛架拱橋的加固中，對(duì)于拱肋、橫系梁等關(guān)鍵構(gòu)件，采用增大截面加固法時(shí)，首先要對(duì)原構(gòu)件表面進(jìn)行處理。將原構(gòu)件表面的疏松混凝土、油污、雜物等清理干凈，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土基層，以保證新增混凝土與原構(gòu)件之間的良好粘結(jié)。在原構(gòu)件表面鉆孔，植入鋼筋，通過鋼筋的錨固作用，使新增混凝土與原構(gòu)件形成一個(gè)整體，共同承受荷載。模板安裝是增大截面加固法中的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制作合適的模板，確保模板的尺寸準(zhǔn)確、拼接嚴(yán)密。模板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受混凝土澆筑過程中的壓力和振搗力。在安裝模板時(shí)，要注意模板與原構(gòu)件之間的間隙控制，保證新增混凝土的厚度符合設(shè)計(jì)要求?；炷翝仓顷P(guān)鍵步驟，應(yīng)選用合適強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，確?；炷恋呐浜媳葴?zhǔn)確，具有良好的工作性能。在澆筑過程中，要采用分層澆筑、振搗密實(shí)的方法，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷。為了保證新增混凝土與原構(gòu)件的粘結(jié)效果，可以在原構(gòu)件表面涂刷界面劑，增強(qiáng)兩者之間的粘結(jié)力。在混凝土澆筑完成后，要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求，以確?；炷翉?qiáng)度的正常增長。3.1.2工程應(yīng)用案例某剛架拱橋在長期使用過程中，由于交通量增加和超載現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)了拱肋開裂、下?lián)系炔『?，?yán)重影響了橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。經(jīng)過詳細(xì)的檢測(cè)和分析，決定采用增大截面加固法對(duì)該橋進(jìn)行加固。在加固過程中，對(duì)拱肋的關(guān)鍵部位，如拱腳、拱頂?shù)?，通過植筋的方式，在原拱肋表面植入鋼筋，然后安裝模板，澆筑混凝土，增大拱肋的截面面積。對(duì)橫系梁也采用了類似的加固方法，在橫系梁的兩側(cè)和底部增加混凝土截面，并配置適量的鋼筋。加固前后，對(duì)橋梁進(jìn)行了詳細(xì)的檢測(cè)和分析。通過荷載試驗(yàn)，對(duì)比了加固前后橋梁控制截面的撓度和應(yīng)力。在相同荷載作用下，加固前橋梁拱頂?shù)淖畲髶隙冗_(dá)到了[具體撓度數(shù)值]，超過了規(guī)范允許值；加固后，拱頂最大撓度減小到了[具體撓度數(shù)值]，滿足了設(shè)計(jì)要求。在應(yīng)力方面，加固前拱肋關(guān)鍵部位的應(yīng)力超過了混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，存在較大的安全隱患；加固后，拱肋關(guān)鍵部位的應(yīng)力明顯降低，處于安全范圍內(nèi)。從承載能力方面來看，加固前該橋的實(shí)際承載能力僅能滿足原設(shè)計(jì)荷載的[具體比例數(shù)值]，無法承受當(dāng)前交通流量和荷載的要求；加固后，通過計(jì)算和檢測(cè)，橋梁的承載能力得到了顯著提高，能夠滿足現(xiàn)行交通荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過該工程案例可以看出，增大截面加固法對(duì)于提高剛架拱橋的承載能力和結(jié)構(gòu)性能具有顯著效果。它能夠有效地修復(fù)受損構(gòu)件，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使橋梁恢復(fù)正常使用功能。但在應(yīng)用該方法時(shí)，需要充分考慮施工過程中的各種因素，確保加固質(zhì)量，同時(shí)要對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能出現(xiàn)的問題。3.2粘貼加固法3.2.1粘貼鋼板加固粘貼鋼板加固法是利用粘結(jié)劑將鋼板牢固地粘貼在構(gòu)件表面，使鋼板與原構(gòu)件協(xié)同工作，共同承受荷載，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。其加固原理基于結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)原理，通過在構(gòu)件受拉區(qū)或薄弱部位粘貼鋼板，增加構(gòu)件的受拉面積和抗彎、抗剪能力。當(dāng)構(gòu)件承受荷載時(shí)，鋼板能夠分擔(dān)一部分拉力，減少原構(gòu)件所承受的應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)的整體性能。在仙仁剛架拱橋的加固中，粘貼鋼板加固法的施工要點(diǎn)如下：表面處理：對(duì)原構(gòu)件表面進(jìn)行全面清理，去除疏松混凝土、油污、灰塵等雜質(zhì)，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土基層。對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，使其平整粗糙，以增加粘結(jié)面積和粘結(jié)力。在打磨過程中，要注意避免損傷原結(jié)構(gòu)鋼筋。對(duì)于有裂縫的部位，先進(jìn)行裂縫修補(bǔ)處理，可采用灌縫膠等材料將裂縫填充密實(shí)。鋼板制作：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)鋼板進(jìn)行剪裁、加工，確保鋼板的尺寸、形狀與粘貼部位相匹配。對(duì)鋼板表面進(jìn)行除銹、打磨處理，使其表面粗糙度符合粘結(jié)要求。在鋼板上鉆孔，以便安裝固定螺栓，螺栓的間距和位置應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定。粘貼施工：按照粘結(jié)劑的使用說明，配制合適的粘結(jié)劑。將粘結(jié)劑均勻地涂抹在鋼板和混凝土表面，涂抹厚度應(yīng)控制在合適范圍內(nèi)。迅速將鋼板粘貼到預(yù)定位置，使用夾具或螺栓將鋼板固定，確保鋼板與混凝土緊密貼合。在粘貼過程中，要注意排除鋼板與混凝土之間的空氣，避免出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。對(duì)粘貼好的鋼板進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)粘結(jié)劑的性能確定，確保粘結(jié)劑充分固化。3.2.2粘貼碳纖維布加固碳纖維布是一種新型的高性能材料，具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)良特性。其密度僅為鋼材的四分之一左右，卻擁有比鋼材更高的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度一般可達(dá)到3000MPa以上。碳纖維布的彈性模量也較高，能夠在受力時(shí)保持較好的剛度。同時(shí)，它具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性，在酸、堿、鹽等惡劣環(huán)境下不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠有效抵抗環(huán)境侵蝕，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。粘貼碳纖維布加固法的原理是通過專用粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使碳纖維布與構(gòu)件形成一個(gè)整體，共同承受荷載。碳纖維布能夠分擔(dān)構(gòu)件所承受的拉力，提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，抑制裂縫的發(fā)展，從而達(dá)到加固的目的。在仙仁剛架拱橋的加固中，粘貼碳纖維布加固法的施工流程如下：基底處理：徹底清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)層。用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整，確保表面的平整度和粗糙度符合要求。按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理，防止水分和有害物質(zhì)侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部。涂膠：按照粘結(jié)劑的使用說明，配制底層樹脂。將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，厚度應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)。待底層樹脂表面指觸干燥后，配制找平材料，對(duì)混凝土表面的不平整處進(jìn)行修復(fù)，使其表面平整。粘貼碳纖維布：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，裁剪合適尺寸的碳纖維布。在已涂好底層樹脂和找平材料的基面上，均勻地涂抹一層浸漬樹脂。立即將碳纖維布敷設(shè)在基面上，用帶齒塑料刮板從一端向另一端輕輕用力反復(fù)刮壓，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，并擠出氣泡。多層粘貼時(shí)，重復(fù)上述步驟，在碳纖維布表面浸漬樹脂指觸干燥后盡快進(jìn)行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬膠兩次，如需防護(hù)，可均勻撒上一層石英砂。施工過程中，需注意碳纖維布應(yīng)按通長布置，盡量避免搭接。若必須搭接，搭接長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。施工環(huán)境溫度和濕度應(yīng)滿足粘結(jié)劑的使用要求，避免在高溫、高濕或低溫環(huán)境下施工。在粘貼過程中，要確保碳纖維布與混凝土表面緊密貼合，無空鼓、褶皺等缺陷。3.2.3工程應(yīng)用案例某剛架拱橋在長期運(yùn)營過程中，由于交通量增加和車輛超載等原因，出現(xiàn)了橋面板和拱肋開裂、結(jié)構(gòu)剛度降低等病害。為了提高橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)性能，采用了粘貼碳纖維布和粘貼鋼板相結(jié)合的加固方法。在橋面板加固方面，對(duì)裂縫較多、較寬的部位，先采用灌縫膠進(jìn)行裂縫修補(bǔ)，然后在橋面板底面粘貼碳纖維布。根據(jù)橋面板的受力情況和裂縫分布，設(shè)計(jì)了合理的碳纖維布粘貼方案，包括碳纖維布的層數(shù)、寬度和間距。在粘貼過程中，嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行操作，確保碳纖維布與橋面板緊密粘結(jié)。對(duì)于拱肋的加固，在拱肋的受拉區(qū)和裂縫部位粘貼鋼板。首先對(duì)拱肋表面進(jìn)行處理，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求制作和安裝鋼板。在鋼板與拱肋之間涂抹高強(qiáng)度粘結(jié)劑，通過螺栓固定和壓力注膠的方式，保證鋼板與拱肋協(xié)同工作。加固后，通過荷載試驗(yàn)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，橋梁的承載能力得到了顯著提高，在相同荷載作用下，橋面板和拱肋的裂縫寬度明顯減小，結(jié)構(gòu)的變形得到了有效控制。加固前，橋面板跨中在設(shè)計(jì)荷載作用下的最大裂縫寬度達(dá)到了[具體裂縫寬度數(shù)值]，超過了規(guī)范允許值；加固后，最大裂縫寬度減小到了[具體裂縫寬度數(shù)值]，滿足了規(guī)范要求。拱肋的變形也得到了明顯改善，加固前拱肋在荷載作用下的最大撓度為[具體撓度數(shù)值]，加固后減小到了[具體撓度數(shù)值]。通過該工程案例可以看出，粘貼碳纖維布和粘貼鋼板加固法能夠有效地控制剛架拱橋的裂縫發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度，改善橋梁的整體性能。這兩種加固方法具有施工方便、對(duì)結(jié)構(gòu)損傷小、加固效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在剛架拱橋加固工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。但在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)橋梁的具體病害情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)加固方案，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以確保加固效果的可靠性。3.3體外預(yù)應(yīng)力加固法3.3.1加固原理與體系體外預(yù)應(yīng)力加固法是一種通過對(duì)布置于結(jié)構(gòu)本體之外的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，從而對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的加固技術(shù)。其原理基于結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)原理，通過施加體外預(yù)應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生與外荷載作用相反的內(nèi)力，以抵消部分外荷載產(chǎn)生的彎矩和剪力，從而改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度。在仙仁剛架拱橋的加固中，預(yù)應(yīng)力筋的布置是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和病害情況，預(yù)應(yīng)力筋通常布置在拱肋的下緣或側(cè)面，以對(duì)拱肋施加有效的預(yù)應(yīng)力。在拱肋的跨中部位，由于彎矩較大，可適當(dāng)增加預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量和張拉力，以提高拱肋的抗彎能力。在拱腳部位，考慮到拱腳承受較大的壓力和剪力，預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)能有效抵抗這些力，增強(qiáng)拱腳的穩(wěn)定性。錨固體系是體外預(yù)應(yīng)力加固法的重要組成部分，它承擔(dān)著將預(yù)應(yīng)力傳遞到結(jié)構(gòu)上的關(guān)鍵作用。常見的錨固體系包括夾片式錨具、支承式錨具等。夾片式錨具通過夾片與預(yù)應(yīng)力筋之間的摩擦力來錨固預(yù)應(yīng)力筋，具有錨固可靠、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。支承式錨具則是通過錨具與結(jié)構(gòu)之間的支承力來錨固預(yù)應(yīng)力筋，適用于較大張拉力的情況。在仙仁剛架拱橋的加固中，應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋的類型、張拉力大小以及結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇合適的錨固體系，確保錨固的可靠性和耐久性。張拉設(shè)備的選擇和使用也至關(guān)重要。常用的張拉設(shè)備有千斤頂、油泵等。千斤頂是張拉預(yù)應(yīng)力筋的主要設(shè)備，其型號(hào)和規(guī)格應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋的張拉力大小來選擇。油泵則為千斤頂提供動(dòng)力，確保千斤頂能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地進(jìn)行張拉作業(yè)。在張拉過程中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，控制好張拉應(yīng)力和伸長量，確保預(yù)應(yīng)力的施加符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，要對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行定期校驗(yàn)和維護(hù)，保證其性能的可靠性。3.3.2工程應(yīng)用案例某剛架拱橋在長期的運(yùn)營過程中，由于交通量的持續(xù)增長和超載車輛的頻繁通行，出現(xiàn)了拱肋開裂、拱頂下?lián)系葒?yán)重病害，橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)安全受到了極大威脅。經(jīng)過詳細(xì)的檢測(cè)和分析，決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固法對(duì)該橋進(jìn)行加固。在加固設(shè)計(jì)中，根據(jù)橋梁的病害情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在拱肋的下緣布置了預(yù)應(yīng)力鋼絞線。通過計(jì)算確定了預(yù)應(yīng)力鋼絞線的數(shù)量、規(guī)格和張拉力大小。采用夾片式錨具作為錨固體系，確保預(yù)應(yīng)力的有效傳遞。選用合適型號(hào)的千斤頂和油泵作為張拉設(shè)備，在施工過程中嚴(yán)格控制張拉應(yīng)力和伸長量。加固后，對(duì)橋梁進(jìn)行了全面的檢測(cè)和評(píng)估。通過荷載試驗(yàn)，對(duì)比了加固前后橋梁控制截面的應(yīng)力和撓度變化情況。在相同荷載作用下，加固前橋梁拱頂?shù)淖畲髶隙冗_(dá)到了[具體撓度數(shù)值]，超出了規(guī)范允許范圍；加固后，拱頂最大撓度減小到了[具體撓度數(shù)值]，滿足了設(shè)計(jì)要求。在應(yīng)力方面，加固前拱肋關(guān)鍵部位的應(yīng)力超過了混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，存在較大的安全隱患；加固后，拱肋關(guān)鍵部位的應(yīng)力明顯降低，處于安全范圍內(nèi)。從承載能力方面來看，加固前該橋的實(shí)際承載能力僅能滿足原設(shè)計(jì)荷載的[具體比例數(shù)值]，無法滿足當(dāng)前交通流量和荷載的要求；加固后，通過計(jì)算和檢測(cè)，橋梁的承載能力得到了顯著提高，能夠滿足現(xiàn)行交通荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過該工程案例可以看出，體外預(yù)應(yīng)力加固法能夠有效地改善剛架拱橋的受力狀態(tài)，減小拱圈應(yīng)力和撓度，提高橋梁的承載能力。這種加固方法具有施工方便、對(duì)結(jié)構(gòu)損傷小、加固效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在剛架拱橋加固工程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但在應(yīng)用過程中，需要準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的布置和張拉力大小，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保錨固體系和張拉設(shè)備的可靠性，以保證加固效果的穩(wěn)定性和持久性。同時(shí)，要對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能出現(xiàn)的問題，確保橋梁的安全運(yùn)營。3.4其他加固方法3.4.1改變結(jié)構(gòu)體系加固法改變結(jié)構(gòu)體系加固法是一種通過改變橋梁結(jié)構(gòu)的受力體系，從而提高橋梁承載能力和穩(wěn)定性的加固方法。其原理是通過增加支撐、改變結(jié)構(gòu)的連接方式或增設(shè)輔助構(gòu)件等措施，調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，使結(jié)構(gòu)的受力更加合理，減小結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的內(nèi)力，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。在仙仁剛架拱橋的加固中，增設(shè)斜撐是一種常用的改變結(jié)構(gòu)體系的措施。斜撐可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減小拱肋在水平方向的變形，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在拱肋與橋臺(tái)之間增設(shè)斜撐，能夠有效地分擔(dān)拱肋所承受的水平力，減少拱腳處的水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，改善拱肋的受力狀態(tài)。斜撐的設(shè)置位置和角度需要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保斜撐能夠充分發(fā)揮作用。增設(shè)系桿也是改變結(jié)構(gòu)體系加固法的一種有效手段。系桿可以承受拱肋產(chǎn)生的水平推力，將水平力傳遞到橋臺(tái)或其他支撐結(jié)構(gòu)上，從而減小拱肋的軸向力，降低拱肋的應(yīng)力水平。在拱腳處設(shè)置系桿，通過系桿的張拉，對(duì)拱肋施加預(yù)應(yīng)力，能夠有效地提高拱肋的承載能力和抗裂性能。系桿的材料和截面尺寸應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定，確保系桿具有足夠的強(qiáng)度和剛度來承受水平推力。改變結(jié)構(gòu)體系加固法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它能夠在不顯著增加結(jié)構(gòu)自重的情況下，有效地提高橋梁的承載能力和穩(wěn)定性。通過合理地改變結(jié)構(gòu)體系，可以充分利用結(jié)構(gòu)的潛力，使結(jié)構(gòu)的受力更加均勻，減少局部應(yīng)力集中現(xiàn)象。這種加固方法還具有施工相對(duì)簡便、對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷較小等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成加固工作，減少對(duì)交通的影響。但在應(yīng)用該方法時(shí)，需要對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，確保改變后的結(jié)構(gòu)體系安全可靠。同時(shí)，還需要考慮施工過程中的各種因素，如施工順序、臨時(shí)支撐的設(shè)置等，以保證施工的順利進(jìn)行。3.4.2加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法是通過加固或增設(shè)橫系梁等措施，增強(qiáng)剛架拱橋結(jié)構(gòu)橫向整體性的一種加固方法。其原理基于結(jié)構(gòu)力學(xué)中關(guān)于結(jié)構(gòu)整體性和荷載分布的原理，在剛架拱橋中，橫系梁起著連接拱肋、傳遞橫向荷載、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向剛度和整體性的重要作用。當(dāng)橫系梁的剛度不足或損壞時(shí)，橋梁在承受荷載時(shí)，各拱肋之間的協(xié)同工作能力會(huì)下降，導(dǎo)致荷載橫向分布不均勻，部分拱肋承受的荷載過大，從而引發(fā)病害。通過加強(qiáng)橫向聯(lián)系，可以改善荷載的橫向分布，使各拱肋能夠共同承擔(dān)荷載，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。在仙仁剛架拱橋的加固中，對(duì)于原有的橫系梁，若存在裂縫、破損等病害，首先要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。采用灌縫膠對(duì)裂縫進(jìn)行灌注修補(bǔ)，恢復(fù)橫系梁的結(jié)構(gòu)完整性。對(duì)于破損嚴(yán)重的部位，可采用增大截面的方法進(jìn)行加固，在橫系梁的表面植筋，然后澆筑混凝土，增加橫系梁的截面尺寸和配筋，提高其承載能力和剛度。當(dāng)原有的橫系梁無法滿足結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系的要求時(shí)，可增設(shè)橫系梁。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況，合理確定增設(shè)橫系梁的位置、數(shù)量和截面尺寸。在跨中部位和拱腳部位增設(shè)橫系梁，能夠有效地增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在這些關(guān)鍵部位的橫向剛度。在施工過程中，要確保新增橫系梁與原結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠，可采用植筋、焊接等方式將新增橫系梁與拱肋連接在一起，形成一個(gè)整體。加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法能夠顯著改善剛架拱橋的荷載橫向分布情況。通過增強(qiáng)橫向聯(lián)系，使荷載能夠更均勻地分布到各拱肋上，避免了因荷載集中導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)損壞。在車輛荷載作用下，各拱肋能夠協(xié)同工作，共同承受荷載，從而提高了橋梁的承載能力和穩(wěn)定性。這種加固方法還可以減小拱肋的橫向變形，抑制裂縫的發(fā)展，延長橋梁的使用壽命。但在實(shí)施過程中，需要注意施工質(zhì)量的控制，確保橫系梁的加固和增設(shè)符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，要對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，觀察結(jié)構(gòu)的受力變化和病害發(fā)展情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能出現(xiàn)的問題。四、仙仁剛架拱橋加固方案設(shè)計(jì)4.1加固目標(biāo)與原則仙仁剛架拱橋加固的首要目標(biāo)是提高其承載能力，使其能夠滿足當(dāng)前交通流量和荷載的要求。隨著交通量的不斷增長以及車輛載重的日益增加，原有的設(shè)計(jì)承載能力已無法保障橋梁的安全運(yùn)營。通過加固，要確保橋梁在設(shè)計(jì)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形均處于安全范圍內(nèi)，能夠可靠地承受各種車輛荷載，為交通出行提供安全保障。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也是加固的重要目標(biāo)之一。由于仙仁剛架拱橋存在多種病害，如裂縫、變形、銹蝕等，這些病害嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。加固過程中，需采取有效措施，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，減小結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞，確保橋梁在各種工況下都能保持穩(wěn)定。耐久性的提升同樣不容忽視。橋梁長期暴露在自然環(huán)境中，受到雨水、空氣、溫度變化等因素的侵蝕，材料性能逐漸劣化。加固時(shí)，要選用耐久性好的材料，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，提高結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力，延緩材料的老化進(jìn)程，延長橋梁的使用壽命，減少后期維護(hù)成本。在仙仁剛架拱橋的加固設(shè)計(jì)中，需遵循一系列原則，以確保加固方案的科學(xué)性和可行性。安全可靠原則是加固設(shè)計(jì)的核心原則，加固方案必須經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算和分析，確保加固后的橋梁結(jié)構(gòu)安全可靠，能夠承受各種荷載作用，滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。在計(jì)算過程中，要充分考慮各種不利因素，如荷載的不確定性、結(jié)構(gòu)的非線性行為等，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。經(jīng)濟(jì)合理原則要求在滿足加固要求的前提下，盡量降低加固成本。對(duì)不同的加固方法和材料進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇成本較低、效果較好的方案。要合理安排施工順序，減少施工過程中的臨時(shí)支撐和措施費(fèi)用，避免不必要的浪費(fèi)。在選擇加固材料時(shí)，要綜合考慮材料的價(jià)格、性能、使用壽命等因素，選擇性價(jià)比高的材料。技術(shù)可行原則強(qiáng)調(diào)加固方案應(yīng)具有可操作性，采用成熟、可靠的技術(shù)和工藝，確保施工質(zhì)量和進(jìn)度。在施工過程中，要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件和施工設(shè)備的限制，選擇合適的施工方法和施工工藝。要確保施工人員具備相應(yīng)的技術(shù)水平和操作經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和操作規(guī)程進(jìn)行施工。如果采用新技術(shù)、新材料，必須經(jīng)過充分的試驗(yàn)和論證，確保其可靠性和適用性。保護(hù)環(huán)境原則要求在加固過程中，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。采取有效的環(huán)保措施，如控制施工揚(yáng)塵、噪聲污染，妥善處理施工廢棄物等。在施工過程中，要合理安排施工時(shí)間，避免在居民休息時(shí)間進(jìn)行高噪聲作業(yè)。對(duì)施工產(chǎn)生的廢棄物，要進(jìn)行分類收集和處理，確保符合環(huán)保要求。4.2加固方案比選在仙仁剛架拱橋的加固工程中，為了確定最適宜的加固方案，需要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等多個(gè)維度對(duì)不同加固方法進(jìn)行全面且深入的比選。從技術(shù)層面來看，不同加固方法在提高橋梁承載能力和結(jié)構(gòu)性能方面各有特點(diǎn)。增大截面加固法通過增加構(gòu)件的截面面積和配筋，能顯著提高構(gòu)件的承載能力，對(duì)拱肋、橫系梁等關(guān)鍵構(gòu)件的加固效果明顯。某剛架拱橋采用增大截面加固法后，拱肋的承載能力提高了[X]%，有效改善了結(jié)構(gòu)的受力性能。但該方法會(huì)增加結(jié)構(gòu)自重，對(duì)基礎(chǔ)的承載能力提出更高要求。粘貼鋼板加固法能有效提高構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性能。在[具體工程案例]中，粘貼鋼板加固后，橋梁的裂縫得到有效控制，結(jié)構(gòu)的剛度明顯提升。然而，鋼板容易銹蝕，需要定期維護(hù)，以確保加固效果的持久性。粘貼碳纖維布加固法具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能有效抑制裂縫發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。某橋梁采用粘貼碳纖維布加固后，在惡劣環(huán)境下使用多年，結(jié)構(gòu)性能依然良好。但其加固效果受粘結(jié)質(zhì)量影響較大，施工過程中對(duì)粘結(jié)工藝要求較高。體外預(yù)應(yīng)力加固法通過施加體外預(yù)應(yīng)力，能有效改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減小拱圈應(yīng)力和撓度。某剛架拱橋采用體外預(yù)應(yīng)力加固后，拱頂?shù)膿隙葴p小了[X]mm，承載能力得到顯著提高。但該方法對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的布置和張拉要求嚴(yán)格，施工技術(shù)難度較大。改變結(jié)構(gòu)體系加固法通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的受力體系，能使結(jié)構(gòu)的受力更加合理，提高結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。在[具體工程案例]中，增設(shè)斜撐和系桿后，橋梁的橫向剛度明顯增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到有效提升。但該方法需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，確保改變后的結(jié)構(gòu)體系安全可靠。加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法通過增強(qiáng)橫系梁的剛度和連接，能改善荷載的橫向分布，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。某剛架拱橋加強(qiáng)橫向聯(lián)系后，各拱肋之間的協(xié)同工作能力增強(qiáng)，荷載分布更加均勻。但該方法對(duì)橫系梁的加固和增設(shè)要求較高，施工過程中需要注意與原結(jié)構(gòu)的連接。經(jīng)濟(jì)因素在加固方案的選擇中也起著關(guān)鍵作用。不同加固方法的材料成本和施工成本存在較大差異。增大截面加固法需要大量的混凝土和鋼筋，材料成本相對(duì)較高，且施工過程中需要模板、支撐等設(shè)備，施工成本也較大。粘貼鋼板加固法的鋼板材料成本較高，同時(shí)粘結(jié)劑的費(fèi)用也不容忽視，施工成本相對(duì)較高。粘貼碳纖維布加固法雖然碳纖維布材料價(jià)格較高，但由于其施工方便，所需施工設(shè)備和人力較少，總體施工成本相對(duì)較低。體外預(yù)應(yīng)力加固法需要預(yù)應(yīng)力筋、錨具等材料，材料成本較高，且張拉設(shè)備和施工技術(shù)要求高，施工成本也較大。改變結(jié)構(gòu)體系加固法需要增設(shè)支撐、系桿等構(gòu)件，材料成本和施工成本都較高。加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法主要是對(duì)橫系梁進(jìn)行加固或增設(shè)，材料成本和施工成本相對(duì)較低。在考慮經(jīng)濟(jì)因素時(shí)，還需要綜合考慮加固后的維護(hù)成本和使用壽命。粘貼鋼板加固法由于鋼板易銹蝕，后期維護(hù)成本較高；而粘貼碳纖維布加固法耐腐蝕性能好，后期維護(hù)成本較低。從長期經(jīng)濟(jì)效益來看，需要綜合權(quán)衡各種加固方法的初始投資和后期維護(hù)成本，選擇成本效益最優(yōu)的方案。施工可行性也是加固方案比選的重要考量因素。不同加固方法的施工難度和施工周期各不相同。增大截面加固法施工工藝相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行模板安裝、混凝土澆筑等工作，施工周期較長，且對(duì)施工場(chǎng)地和設(shè)備要求較高。粘貼鋼板加固法施工相對(duì)簡便，但需要專業(yè)的粘貼技術(shù)和設(shè)備，施工過程中對(duì)環(huán)境溫度和濕度有一定要求。粘貼碳纖維布加固法施工操作簡單，施工速度快，對(duì)施工場(chǎng)地和設(shè)備要求較低，可在不中斷交通的情況下進(jìn)行施工。體外預(yù)應(yīng)力加固法施工技術(shù)要求高，需要專業(yè)的張拉設(shè)備和技術(shù)人員，施工過程中需要嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力的施加，施工難度較大。改變結(jié)構(gòu)體系加固法需要對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，施工過程中需要設(shè)置臨時(shí)支撐，確保結(jié)構(gòu)的安全，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)較大。加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法施工相對(duì)簡單，主要是對(duì)橫系梁進(jìn)行加固或增設(shè)，施工過程中對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響較小。在實(shí)際工程中，還需要考慮施工對(duì)交通的影響。如果橋梁處于交通繁忙地段，應(yīng)優(yōu)先選擇對(duì)交通影響較小的加固方法，如粘貼碳纖維布加固法，可在夜間或交通流量較小的時(shí)段進(jìn)行施工，盡量減少對(duì)交通的干擾。綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工等方面的因素，對(duì)不同加固方法進(jìn)行全面的比選。對(duì)于仙仁剛架拱橋，若其病害主要表現(xiàn)為構(gòu)件承載能力不足，且基礎(chǔ)承載能力較強(qiáng)，可優(yōu)先考慮增大截面加固法；若病害以裂縫和結(jié)構(gòu)剛度不足為主，且對(duì)結(jié)構(gòu)自重增加有限制，粘貼碳纖維布加固法或粘貼鋼板加固法較為合適；若橋梁的受力體系不合理，需要調(diào)整結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，改變結(jié)構(gòu)體系加固法可能是較好的選擇；若橫向聯(lián)系薄弱，影響結(jié)構(gòu)的整體性能，加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法可有效解決問題；若需要在短時(shí)間內(nèi)提高橋梁的承載能力，體外預(yù)應(yīng)力加固法具有明顯優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際工程中，往往需要根據(jù)仙仁剛架拱橋的具體病害情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)條件和施工條件等，綜合考慮多種加固方法的組合應(yīng)用，以達(dá)到最佳的加固效果。4.3最終加固方案確定綜合考慮仙仁剛架拱橋的病害特點(diǎn)、加固目標(biāo)、原則以及各加固方法的比選結(jié)果，最終確定采用增大截面、粘貼碳纖維布、加強(qiáng)橫向聯(lián)系等綜合加固措施。對(duì)于拱肋和橫系梁等關(guān)鍵受力構(gòu)件，采用增大截面加固法。在拱肋的受拉區(qū)和受壓區(qū)，通過植筋的方式，植入一定數(shù)量和規(guī)格的鋼筋，然后安裝模板，澆筑高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，增大拱肋的截面尺寸。在拱肋的跨中部位，由于彎矩較大，適當(dāng)增加鋼筋的數(shù)量和混凝土的厚度，以提高拱肋的抗彎能力。對(duì)于橫系梁，在其兩側(cè)和底部增加混凝土截面，并配置合適的鋼筋，增強(qiáng)橫系梁的承載能力和剛度，使其能夠更好地發(fā)揮連接拱肋、傳遞橫向荷載的作用。針對(duì)橋面板和拱肋上的裂縫以及需要提高結(jié)構(gòu)耐久性的部位，采用粘貼碳纖維布加固法。在橋面板的底面，根據(jù)裂縫的分布和受力情況，粘貼多層碳纖維布。對(duì)于裂縫較多且較寬的區(qū)域，增加碳纖維布的層數(shù)和寬度，以有效抑制裂縫的發(fā)展，提高橋面板的抗彎和抗剪能力。在拱肋的裂縫部位和受拉區(qū)，粘貼碳纖維布，增強(qiáng)拱肋的抗拉強(qiáng)度和抗裂性能。在粘貼碳纖維布之前，對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行嚴(yán)格的處理，確保碳纖維布與構(gòu)件表面緊密粘結(jié)，形成一個(gè)整體，共同承受荷載。為了增強(qiáng)仙仁剛架拱橋的橫向整體性，采用加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法。對(duì)原有的橫系梁進(jìn)行全面檢查，對(duì)于存在裂縫和破損的橫系梁，采用灌縫膠進(jìn)行裂縫修補(bǔ)，對(duì)于破損嚴(yán)重的部位，采用增大截面的方法進(jìn)行加固。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力需求，在合適的位置增設(shè)橫系梁，如在跨中部位和拱腳部位，以增強(qiáng)這些關(guān)鍵部位的橫向剛度。在增設(shè)橫系梁時(shí)，確保新增橫系梁與原結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠，采用植筋、焊接等方式將新增橫系梁與拱肋連接在一起，使整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的橫向協(xié)同工作能力得到顯著提高。通過采用上述綜合加固措施，仙仁剛架拱橋的承載能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性將得到全面提升。增大截面加固法提高了關(guān)鍵構(gòu)件的承載能力和剛度，粘貼碳纖維布加固法有效控制了裂縫的發(fā)展，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的耐久性，加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法改善了結(jié)構(gòu)的橫向整體性，使橋梁在受力時(shí)各構(gòu)件能夠更好地協(xié)同工作。這些加固措施相互配合，共同作用，能夠有效解決仙仁剛架拱橋存在的病害問題，確保橋梁在未來的使用過程中安全可靠，滿足交通通行的需求。五、加固效果分析與評(píng)價(jià)5.1數(shù)值模擬分析5.1.1建立有限元模型利用專業(yè)有限元分析軟件ANSYS建立仙仁剛架拱橋加固前后的精細(xì)化有限元模型。在模型建立過程中，根據(jù)仙仁剛架拱橋的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性以及邊界條件等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置。對(duì)于單元類型的選擇，考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和受力特點(diǎn)，采用BEAM4單元模擬拱肋、橫系梁、弦桿等主要桿件，該單元能夠較好地模擬桿件的彎曲、拉伸和扭轉(zhuǎn)等力學(xué)行為。對(duì)于橋面板，選用SHELL63殼單元進(jìn)行模擬，這種單元可以有效地考慮橋面板的平面內(nèi)和平面外受力特性，更準(zhǔn)確地反映橋面板在荷載作用下的應(yīng)力和變形情況。材料參數(shù)的確定是模型建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過現(xiàn)場(chǎng)取樣和試驗(yàn)，獲取原結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等參數(shù)。原結(jié)構(gòu)混凝土的抗壓強(qiáng)度經(jīng)檢測(cè)為[具體強(qiáng)度數(shù)值]，彈性模量為[具體彈性模量數(shù)值]，泊松比為[具體泊松比數(shù)值]。對(duì)于加固材料，如碳纖維布，其抗拉強(qiáng)度根據(jù)產(chǎn)品說明書和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定為[具體抗拉強(qiáng)度數(shù)值]，彈性模量為[具體彈性模量數(shù)值]；新增混凝土的強(qiáng)度等級(jí)根據(jù)加固設(shè)計(jì)要求確定為[具體強(qiáng)度等級(jí)]，其材料參數(shù)也按照相應(yīng)的規(guī)范取值。邊界條件的設(shè)置直接影響模型的計(jì)算結(jié)果。在仙仁剛架拱橋的有限元模型中，將橋墩底部設(shè)置為固定約束，限制其在水平和豎向方向的位移以及轉(zhuǎn)動(dòng)，以模擬橋墩與基礎(chǔ)之間的固結(jié)連接。在橋臺(tái)處，考慮到實(shí)際情況，設(shè)置水平約束和豎向約束，允許橋臺(tái)在一定范圍內(nèi)的水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，以反映橋臺(tái)的受力特性。通過合理設(shè)置邊界條件，使模型能夠真實(shí)地模擬橋梁在實(shí)際工作狀態(tài)下的受力和變形情況。為了確保有限元模型的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分質(zhì)量檢查和驗(yàn)證。在網(wǎng)格劃分時(shí)，采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和受力特點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵部位如拱腳、拱頂、橫系梁與拱肋連接處等進(jìn)行加密處理，以提高計(jì)算精度。通過與理論計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明所建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確地反映仙仁剛架拱橋的力學(xué)性能，為后續(xù)的模擬分析提供了可靠的基礎(chǔ)。5.1.2模擬結(jié)果分析運(yùn)用建立好的有限元模型，對(duì)仙仁剛架拱橋加固前后在不同荷載工況下的力學(xué)性能進(jìn)行模擬分析，重點(diǎn)對(duì)比橋梁在加固前后的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布情況，以全面評(píng)估加固效果。在自重荷載工況下，加固前仙仁剛架拱橋的拱肋、橫系梁等主要構(gòu)件均承受一定的應(yīng)力。通過有限元模擬結(jié)果可知，拱肋跨中部位的壓應(yīng)力較大，達(dá)到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，這是由于拱肋在自重作用下，跨中承受的彎矩較大。橫系梁與拱肋連接處也存在一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力值達(dá)到了[具體應(yīng)力數(shù)值]。加固后，由于增大截面和粘貼碳纖維布等加固措施的作用，拱肋和橫系梁的截面剛度和承載能力得到提高，拱肋跨中部位的壓應(yīng)力降低到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，應(yīng)力集中現(xiàn)象也得到了明顯緩解，橫系梁與拱肋連接處的應(yīng)力減小到了[具體應(yīng)力數(shù)值]。這表明加固措施有效地改善了結(jié)構(gòu)在自重荷載下的受力狀態(tài)，降低了構(gòu)件的應(yīng)力水平。在汽車荷載工況下，分別考慮了標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載和超載汽車荷載兩種情況。在標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載作用下，加固前橋梁的橋面板和拱肋承受的應(yīng)力和應(yīng)變較大。橋面板在車輪作用點(diǎn)處的拉應(yīng)力達(dá)到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，拱肋在跨中部位的拉應(yīng)力也達(dá)到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，部分區(qū)域的應(yīng)變超過了混凝土的極限應(yīng)變。加固后，橋面板和拱肋的應(yīng)力和應(yīng)變明顯減小。橋面板在車輪作用點(diǎn)處的拉應(yīng)力降低到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，拱肋跨中部位的拉應(yīng)力減小到了[具體應(yīng)力數(shù)值]，各部位的應(yīng)變均處于安全范圍內(nèi)。在超載汽車荷載作用下，加固前橋梁的應(yīng)力和應(yīng)變急劇增大，部分構(gòu)件出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)的安全性受到嚴(yán)重威脅。加固后，雖然應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)匀挥兴黾?，但增長幅度明顯小于加固前，結(jié)構(gòu)能夠承受一定程度的超載，安全性能得到了顯著提高。在溫度荷載工況下，考慮了季節(jié)溫差和日照溫差兩種情況。在季節(jié)溫差作用下，加固前橋梁結(jié)構(gòu)由于溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力較大，拱肋和橫系梁的連接處出現(xiàn)了較大的拉應(yīng)力，達(dá)到了[具體應(yīng)力數(shù)值]。加固后，通過增強(qiáng)橫向聯(lián)系和改善結(jié)構(gòu)的整體性，溫度應(yīng)力得到了有效分散，拱肋和橫系梁連接處的拉應(yīng)力減小到了[具體應(yīng)力數(shù)值]。在日照溫差作用下，橋梁結(jié)構(gòu)的溫度分布不均勻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形和應(yīng)力。加固前，橋面板和拱肋的變形較大，橋面板的最大豎向位移達(dá)到了[具體位移數(shù)值]。加固后，由于結(jié)構(gòu)剛度的提高，橋面板和拱肋的變形明顯減小，橋面板的最大豎向位移減小到了[具體位移數(shù)值]。從位移分布情況來看，在各種荷載工況下，加固前仙仁剛架拱橋的拱頂、L/4截面等關(guān)鍵部位的豎向位移較大。在標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載作用下，拱頂?shù)淖畲筘Q向位移達(dá)到了[具體位移數(shù)值]，超過了規(guī)范允許值。加固后，這些關(guān)鍵部位的豎向位移顯著減小，在相同荷載作用下，拱頂?shù)淖畲筘Q向位移減小到了[具體位移數(shù)值]，滿足了設(shè)計(jì)要求。這說明加固措施有效地提高了橋梁的剛度，減小了結(jié)構(gòu)的變形。綜合以上模擬結(jié)果分析，仙仁剛架拱橋采用增大截面、粘貼碳纖維布、加強(qiáng)橫向聯(lián)系等綜合加固措施后，在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移分布得到了明顯改善，結(jié)構(gòu)的承載能力、剛度和穩(wěn)定性得到了顯著提高，加固效果顯著。這些模擬結(jié)果為仙仁剛架拱橋的加固工程提供了有力的理論支持，也為同類橋梁的加固設(shè)計(jì)和分析提供了參考依據(jù)。5.2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)5.2.1加固后檢測(cè)內(nèi)容與方法加固工程完成后，對(duì)仙仁剛架拱橋進(jìn)行全面的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)是評(píng)估加固效果的重要環(huán)節(jié)。檢測(cè)內(nèi)容涵蓋外觀檢查、材料性能檢測(cè)和荷載試驗(yàn)等方面，采用多種科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)方法，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。外觀檢查是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的基礎(chǔ)工作，通過肉眼觀察和簡單工具測(cè)量，對(duì)橋梁的整體外觀進(jìn)行細(xì)致檢查。重點(diǎn)查看橋面板、拱肋、橫系梁等構(gòu)件的表面狀況，檢查是否存在新的裂縫、剝落、破損等病害。對(duì)于加固部位，特別關(guān)注加固材料與原結(jié)構(gòu)的粘結(jié)情況，是否存在脫粘、空鼓等現(xiàn)象。在檢查橋面板時(shí)，詳細(xì)記錄裂縫的長度、寬度和分布情況，對(duì)于新出現(xiàn)的裂縫，分析其產(chǎn)生的原因，判斷是否是由于加固效果不佳或其他因素導(dǎo)致。對(duì)于拱肋，檢查其表面的平整度和完整性，查看是否有混凝土剝落、鋼筋外露等情況。在檢查橫系梁與拱肋的連接處時(shí)，仔細(xì)觀察是否有松動(dòng)、開裂等問題，確保連接部位的可靠性。材料性能檢測(cè)是評(píng)估加固效果的關(guān)鍵內(nèi)容。對(duì)于混凝土材料，采用回彈法、超聲回彈綜合法等無損檢測(cè)方法，檢測(cè)其強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求?；貜椃ㄍㄟ^測(cè)量混凝土表面的回彈值，根據(jù)回彈值與混凝土強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，推算出混凝土的強(qiáng)度。超聲回彈綜合法則結(jié)合超聲聲速和回彈值兩個(gè)參數(shù)，綜合評(píng)定混凝土的強(qiáng)度，這種方法能夠更準(zhǔn)確地反映混凝土的內(nèi)部質(zhì)量。對(duì)加固后新增混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，確保其強(qiáng)度滿足加固設(shè)計(jì)的要求。對(duì)原結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)查，對(duì)比加固前后的強(qiáng)度變化情況，評(píng)估加固對(duì)原結(jié)構(gòu)混凝土性能的影響。對(duì)于鋼筋材料，檢測(cè)其銹蝕程度和力學(xué)性能。采用半電池電位法檢測(cè)鋼筋的銹蝕程度，通過測(cè)量鋼筋表面與混凝土表面之間的電位差，判斷鋼筋的銹蝕狀況。對(duì)鋼筋的力學(xué)性能進(jìn)行抽樣檢測(cè)，包括屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長率等指標(biāo)，確保鋼筋在加固后仍能滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。對(duì)于粘貼加固所用的碳纖維布和鋼板，檢測(cè)其與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，采用拉拔試驗(yàn)等方法，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，確保粘結(jié)質(zhì)量符合要求。荷載試驗(yàn)是全面評(píng)估橋梁加固效果的重要手段。在試驗(yàn)前，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加固方案，制定詳細(xì)的試驗(yàn)方案。明確試驗(yàn)荷載的大小、加載方式和加載步驟，確定測(cè)試截面和測(cè)點(diǎn)布置。試驗(yàn)荷載通常采用等效車輛荷載，通過在橋上布置載重汽車來模擬實(shí)際交通荷載。加載方式采用分級(jí)加載，逐步增加荷載等級(jí)，記錄每個(gè)加載等級(jí)下橋梁的應(yīng)力、應(yīng)變和變形情況。在試驗(yàn)過程中，使用高精度的傳感器和測(cè)量儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用應(yīng)變片測(cè)量構(gòu)件的應(yīng)變，通過測(cè)量應(yīng)變來計(jì)算應(yīng)力，了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的受力狀態(tài)。使用位移計(jì)測(cè)量橋梁控制截面的撓度和位移，評(píng)估橋梁的剛度和變形情況。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線、撓度-荷載曲線等，對(duì)比加固前后的試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)估加固效果。在拱頂截面，對(duì)比加固前后在相同荷載作用下的撓度變化情況，判斷加固是否有效提高了拱頂?shù)膭偠?。通過分析應(yīng)力數(shù)據(jù)，評(píng)估加固是否改善了結(jié)構(gòu)的受力分布，降低了關(guān)鍵部位的應(yīng)力水平。5.2.2長期監(jiān)測(cè)方案與結(jié)果分析為了評(píng)估仙仁剛架拱橋加固效果的長期穩(wěn)定性，制定科學(xué)合理的長期監(jiān)測(cè)方案至關(guān)重要。監(jiān)測(cè)方案應(yīng)涵蓋監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)頻率和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法等方面，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，及時(shí)掌握橋梁結(jié)構(gòu)性能的變化趨勢(shì)，確保橋梁的安全運(yùn)營。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括橋梁的變形、應(yīng)力、裂縫發(fā)展等參數(shù)。在變形監(jiān)測(cè)方面，在拱頂、L/4截面、拱腳等關(guān)鍵部位設(shè)置高精度的位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁在長期使用過程中的豎向位移和橫向位移。豎向位移能夠反映橋梁的整體剛度和承載能力變化，橫向位移則可以監(jiān)測(cè)橋梁的橫向穩(wěn)定性。在應(yīng)力監(jiān)測(cè)方面，在拱肋、橫系梁等主要受力構(gòu)件的關(guān)鍵部位粘貼應(yīng)變片，監(jiān)測(cè)構(gòu)件的應(yīng)力變化情況。通過監(jiān)測(cè)應(yīng)力，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)是否存在受力異常，判斷加固效果是否隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。對(duì)于裂縫發(fā)展的監(jiān)測(cè)，在橋面板、拱肋等出現(xiàn)裂縫的部位，采用裂縫觀測(cè)儀定期測(cè)量裂縫的寬度和長度，觀察裂縫是否有進(jìn)一步擴(kuò)展的趨勢(shì)，評(píng)估加固措施對(duì)裂縫控制的長期效果。監(jiān)測(cè)頻率的確定需要綜合考慮橋梁的使用情況、環(huán)境條件等因素。在加固后的初期，由于結(jié)構(gòu)性能可能還處于調(diào)整階段，監(jiān)測(cè)頻率相對(duì)較高。在最初的1-2年內(nèi)，每月進(jìn)行一次變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)，每季度進(jìn)行一次裂縫監(jiān)測(cè)。隨著時(shí)間的推移，如果橋梁結(jié)構(gòu)性能趨于穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)頻率可以適當(dāng)降低。在橋梁運(yùn)營3-5年后，每季度進(jìn)行一次變形和應(yīng)力監(jiān)測(cè)，半年進(jìn)行一次裂縫監(jiān)測(cè)。在遇到特殊情況，如強(qiáng)風(fēng)、暴雨、地震等自然災(zāi)害后，或橋梁承受異常荷載后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行額外的監(jiān)測(cè)，確保橋梁的安全。對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和篩選，去除異常數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。然后，采用統(tǒng)計(jì)分析方法，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。繪制變形-時(shí)間曲線、應(yīng)力-時(shí)間曲線、裂縫寬度-時(shí)間曲線等，通過曲線的走勢(shì)直觀地了解橋梁結(jié)構(gòu)性能的變化情況。在變形-時(shí)間曲線中，如果變形隨著時(shí)間的推移逐漸增大，且增長速率超過一定范圍，可能表明橋梁結(jié)構(gòu)存在潛在的安全隱患，需要進(jìn)一步分析原因。通過對(duì)比不同時(shí)間段的應(yīng)力數(shù)據(jù)，判斷結(jié)構(gòu)的受力是否穩(wěn)定，是否存在應(yīng)力集中等問題。還可以采用回歸分析等方法，建立監(jiān)測(cè)參數(shù)與時(shí)間、荷載等因素之間的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)性能的未來變化趨勢(shì)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長期分析，評(píng)估加固效果的長期穩(wěn)定性。如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示橋梁的變形、應(yīng)力和裂縫發(fā)展等參數(shù)在合理范圍內(nèi)，且變化趨勢(shì)穩(wěn)定，說明加固效果良好，橋梁結(jié)構(gòu)處于安全穩(wěn)定的狀態(tài)。若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，如進(jìn)一步檢測(cè)評(píng)估、采取修復(fù)加固措施等，確保橋梁的安全運(yùn)營。通過長期監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，為仙仁剛架拱橋的養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)，保障橋梁的長期安全使用。5.3加固效果綜合評(píng)價(jià)從技術(shù)層面審視，仙仁剛架拱橋在采用增大截面、粘貼碳纖維布、加強(qiáng)橫向聯(lián)系等綜合加固措施后，結(jié)構(gòu)性能得到了全方位的顯著提升。通過有限元模擬與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的深度對(duì)比分析，加固后的橋梁在多種荷載工況下，應(yīng)力與應(yīng)變分布得到了極大的優(yōu)化，關(guān)鍵部位的應(yīng)力水平顯著降低，有效緩解了結(jié)構(gòu)的受力集中現(xiàn)象。拱肋跨中在自重與汽車荷載共同作用下，加固前的壓應(yīng)力高達(dá)[具體應(yīng)力數(shù)值]，已接近甚至部分超出混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，存在極大的安全隱患；加固后，壓應(yīng)力大幅降低至[具體應(yīng)力數(shù)值]，處于安全且穩(wěn)定的狀態(tài)，這充分彰顯了加固措施在改善結(jié)構(gòu)受力方面的卓越成效。在變形控制方面，加固后的橋梁剛度大幅提高，關(guān)鍵部位的位移明顯減小。以拱頂為例，在標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載作用下，加固前拱頂?shù)淖畲筘Q向位移達(dá)到[具體位移數(shù)值]，遠(yuǎn)超規(guī)范允許值，嚴(yán)重影響橋梁的正常使用與安全性能；加固后，最大豎向位移銳減至[具體位移數(shù)值]，完全滿足設(shè)計(jì)要求，這表明加固有效地增強(qiáng)了橋梁的整體剛度，使其能夠更好地承受荷載作用，保障了橋梁的穩(wěn)定性與可靠性。從經(jīng)濟(jì)角度考量，在加固方案的制定與實(shí)施過程中，對(duì)各種加固方法的材料成本、施工成本以及后期維護(hù)成本進(jìn)行了全面且細(xì)致的分析與比較。增大截面加固法雖在材料與施工方面成本相對(duì)較高，但從長遠(yuǎn)來看，其對(duì)提高結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性的作用顯著，減少了未來可能因結(jié)構(gòu)損壞而產(chǎn)生的大規(guī)模維修或重建成本。粘貼碳纖維布加固法由于其材料價(jià)格相對(duì)較高，初始投資成本較大，但其施工便捷，能在較短時(shí)間內(nèi)完成加固工作，減少了因交通中斷或延誤帶來的經(jīng)濟(jì)損失，且后期維護(hù)成本較低，具有良好的長期經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)橫向聯(lián)系加固法的成本相對(duì)較為可控，主要集中在橫系梁的加固與增設(shè)方面，通過合理的施工組織與材料選用，能夠在保證加固效果的同時(shí)，有效控制成本。綜合考慮，本次仙仁剛架拱橋的加固工程在經(jīng)濟(jì)上是合理且可行的。通過科學(xué)的方案設(shè)計(jì)與嚴(yán)格的成本控制，在滿足加固技術(shù)要求的前提下，實(shí)現(xiàn)了成本的優(yōu)化，為類似橋梁加固工程的經(jīng)濟(jì)決策提供了有益的參考。從社會(huì)效益層面來看，仙仁剛架拱橋的成功加固具有深遠(yuǎn)而積極的影響。首先，極大地保障了橋梁的安全使用，為過往車輛和行人提供了可靠的通行條件，降低了交通事故的風(fēng)險(xiǎn)，有力地保障了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著橋梁承載能力和性能的提升，能夠更好地適應(yīng)日益增長的交通流量需求，提高了交通運(yùn)輸效率，促進(jìn)了區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流與合作，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展注入了新的活力。加固后的橋梁作為地區(qū)的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，提升了當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ蜗蠛突A(chǔ)