下承式拱橋性能提升策略與工程實(shí)踐探究一、引言1.1研究背景與意義下承式拱橋作為一種重要的橋梁結(jié)構(gòu)形式，以其獨(dú)特的力學(xué)性能和美學(xué)價(jià)值，在橋梁建設(shè)領(lǐng)域占據(jù)著不可或缺的地位。從結(jié)構(gòu)力學(xué)角度來看，下承式拱橋通過吊桿將橋面荷載傳遞至拱肋，拱肋主要承受壓力，能夠充分發(fā)揮材料的抗壓性能，使其在跨越較大跨度時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于其橋面位于拱肋下方，降低了橋梁的建筑高度，在一些對(duì)凈空要求較高的區(qū)域，如城市河流、山谷等，下承式拱橋成為理想的選擇，能有效減少引道長(zhǎng)度和工程成本，提升交通線路的連貫性和流暢性。在美學(xué)方面，下承式拱橋流暢的曲線造型，賦予了橋梁獨(dú)特的藝術(shù)魅力，成為城市景觀的重要組成部分，為城市增添了獨(dú)特的文化氣息。例如，我國(guó)的武漢晴川橋，作為國(guó)內(nèi)同類型橋中跨徑最大、結(jié)構(gòu)最新的下承式拱橋，不僅滿足了交通需求，更成為了城市的標(biāo)志性建筑，吸引眾多游客前來觀賞，其獨(dú)特的造型與周圍的城市景觀相得益彰，展現(xiàn)了下承式拱橋在實(shí)用性與美學(xué)價(jià)值上的完美結(jié)合。然而，隨著交通量的日益增長(zhǎng)以及交通荷載的不斷加重，下承式拱橋面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，頻繁的車輛通行使得橋梁結(jié)構(gòu)承受著持續(xù)的動(dòng)態(tài)荷載，這對(duì)橋梁的耐久性提出了更高要求。吊桿作為下承式拱橋傳遞荷載的關(guān)鍵構(gòu)件，長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)，容易出現(xiàn)疲勞損傷、銹蝕等問題，嚴(yán)重影響其承載能力和使用壽命。一旦吊桿發(fā)生故障，可能導(dǎo)致局部橋面失穩(wěn)，甚至引發(fā)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的安全事故。另一方面，橋梁所處的自然環(huán)境也對(duì)其結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生著重要影響。大氣中的濕度、酸堿度以及溫度變化等因素，會(huì)逐漸侵蝕橋梁的主體結(jié)構(gòu)和附屬構(gòu)件，降低材料的力學(xué)性能，進(jìn)而削弱橋梁的整體剛度和穩(wěn)定性。例如，在一些沿海地區(qū)，高濕度和強(qiáng)腐蝕的海洋性氣候條件下，下承式拱橋的鋼結(jié)構(gòu)部分更容易受到腐蝕，導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度下降，結(jié)構(gòu)變形增大。改善下承式拱橋的性能對(duì)于保障交通的安全與暢通、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。從交通發(fā)展角度來看，性能優(yōu)良的下承式拱橋能夠更好地適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的交通流量和重型車輛的通行需求，減少交通擁堵，提高運(yùn)輸效率，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的交通基礎(chǔ)設(shè)施支撐。在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，交通的順暢與否直接關(guān)系到城市的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)活力，下承式拱橋作為交通網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，其性能的提升能夠促進(jìn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流與合作，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從結(jié)構(gòu)安全角度而言，增強(qiáng)下承式拱橋的結(jié)構(gòu)性能，提高其承載能力、耐久性和穩(wěn)定性，可以有效降低橋梁坍塌等安全事故的發(fā)生概率，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。橋梁安全事故不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化施工工藝以及采用先進(jìn)的材料和技術(shù)，改善下承式拱橋的性能，是確保橋梁長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，下承式拱橋的研究與應(yīng)用歷史悠久。早期，研究主要集中在結(jié)構(gòu)的靜力性能分析上，通過理論推導(dǎo)和試驗(yàn)研究，建立了基本的力學(xué)模型，用于計(jì)算拱肋、吊桿和橋面系等關(guān)鍵構(gòu)件在靜載作用下的內(nèi)力和變形。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，有限元分析方法在橋梁工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)外學(xué)者開始利用有限元軟件對(duì)下承式拱橋進(jìn)行精細(xì)化模擬分析，能夠更準(zhǔn)確地考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性、材料特性以及復(fù)雜的邊界條件等因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響。例如，一些學(xué)者通過有限元模擬，深入研究了不同截面形式拱肋的受力性能，對(duì)比分析了圓形、矩形、箱型等截面在承受荷載時(shí)的應(yīng)力分布和變形規(guī)律，為拱肋的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。在施工技術(shù)方面，國(guó)外不斷創(chuàng)新，研發(fā)出多種先進(jìn)的施工方法，如懸臂拼裝法、轉(zhuǎn)體施工法等，這些方法在提高施工效率、保證施工質(zhì)量的同時(shí)，也降低了施工過程對(duì)周圍環(huán)境的影響。例如，在一些大型下承式拱橋的建設(shè)中，采用轉(zhuǎn)體施工法，將橋梁的主體結(jié)構(gòu)在岸邊預(yù)制，然后通過轉(zhuǎn)體裝置將其旋轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)位置，大大減少了在河道或山谷等復(fù)雜地形條件下的施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。在國(guó)內(nèi)，下承式拱橋的研究與發(fā)展也取得了顯著成就。近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速推進(jìn)，下承式拱橋在城市橋梁、公路橋梁等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)學(xué)者在結(jié)構(gòu)性能研究方面，不僅深入探討了下承式拱橋在靜載和動(dòng)載作用下的力學(xué)性能，還對(duì)其抗震性能、抗風(fēng)性能等進(jìn)行了大量研究。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了地震作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，提出了相應(yīng)的抗震加固措施。在抗風(fēng)性能研究方面，通過風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬，分析了不同風(fēng)速、風(fēng)向條件下橋梁的風(fēng)致響應(yīng)，為橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。在材料與工藝研究方面，我國(guó)在鋼管混凝土等新型材料的應(yīng)用上取得了突破，鋼管混凝土拱肋由于其良好的抗壓性能和施工便利性，在大跨度下承式拱橋中得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在施工工藝上不斷創(chuàng)新，如采用纜索吊裝法、支架法等多種施工工藝相結(jié)合的方式，提高了施工的安全性和效率。例如，在某大型下承式鋼管混凝土拱橋的建設(shè)中，采用了纜索吊裝與支架相結(jié)合的施工方法，先通過纜索吊裝將拱肋節(jié)段吊運(yùn)至設(shè)計(jì)位置，再利用支架進(jìn)行精確調(diào)整和固定，確保了拱肋的安裝精度和質(zhì)量。盡管國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域取得了豐碩成果，但仍存在一些不足和空白。在結(jié)構(gòu)性能研究方面，對(duì)于下承式拱橋在極端荷載組合作用下，如強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)與車輛荷載同時(shí)作用時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的理論和方法。在材料耐久性研究方面，雖然對(duì)吊桿等關(guān)鍵構(gòu)件的銹蝕問題有一定關(guān)注，但對(duì)于在復(fù)雜環(huán)境條件下，如海洋環(huán)境、酸雨環(huán)境中材料的長(zhǎng)期性能退化機(jī)制研究還不夠完善，缺乏有效的防護(hù)措施和耐久性評(píng)估方法。在施工技術(shù)方面，對(duì)于大跨度下承式拱橋施工過程中的結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，如何更精確地控制施工過程中的變形和內(nèi)力，確保橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全和穩(wěn)定，仍有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。1.3研究方法與內(nèi)容本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，以全面深入地探討改善下承式拱橋性能的有效方法。數(shù)值模擬法是本研究的重要手段之一。借助先進(jìn)的有限元軟件，如ANSYS、MidasCivil等，建立下承式拱橋的精細(xì)化三維模型。在建模過程中，充分考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性、材料非線性以及邊界條件的復(fù)雜性，精確模擬拱肋、吊桿、橋面系等關(guān)鍵構(gòu)件的力學(xué)行為。通過數(shù)值模擬，分析在不同荷載工況下，如靜載、動(dòng)載、地震作用、風(fēng)荷載等，橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形特征以及動(dòng)力響應(yīng)，從而深入了解橋梁的力學(xué)性能，為后續(xù)的分析和改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支持。例如，在模擬地震作用時(shí)，可以設(shè)置不同的地震波輸入，研究橋梁在不同地震強(qiáng)度和頻譜特性下的響應(yīng)，找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，為抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。案例分析法也是本研究的重要組成部分。選取國(guó)內(nèi)外具有代表性的下承式拱橋工程案例，如武漢晴川橋、上海盧浦大橋等，對(duì)其設(shè)計(jì)理念、施工工藝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和分析。通過對(duì)比不同案例的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，為本文的研究提供實(shí)踐參考。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)提出的改善措施進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，評(píng)估其實(shí)際效果和可行性。例如，通過對(duì)某下承式拱橋在運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的吊桿銹蝕問題進(jìn)行分析，研究相應(yīng)的防護(hù)措施和更換方案，為其他類似橋梁的吊桿維護(hù)提供借鑒。理論分析法在本研究中起著基礎(chǔ)性的作用?；诮Y(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)下承式拱橋的力學(xué)性能進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析。建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，求解結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力和變形，為數(shù)值模擬和工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。同時(shí)，對(duì)改善下承式拱橋性能的相關(guān)理論進(jìn)行深入研究，如結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論、材料耐久性理論等，為提出有效的改善措施提供理論支持。例如，運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論，對(duì)拱肋的截面形狀、尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高拱肋的承載能力和穩(wěn)定性。本研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：深入研究下承式拱橋的結(jié)構(gòu)性能，分析其在不同荷載工況下的力學(xué)響應(yīng)，找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險(xiǎn)。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出優(yōu)化拱肋截面形式、合理布置吊桿、加強(qiáng)橫向聯(lián)系等措施，以提高橋梁的整體剛度和穩(wěn)定性。在材料與工藝方面，探討新型材料的應(yīng)用，如高性能鋼材、耐腐蝕材料等，以及改進(jìn)施工工藝，如采用先進(jìn)的焊接技術(shù)、防腐涂裝工藝等，以增強(qiáng)橋梁的耐久性。針對(duì)下承式拱橋的抗震性能和抗風(fēng)性能，研究相應(yīng)的加固措施和設(shè)計(jì)方法，提高橋梁在極端荷載作用下的安全性。結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)提出的改善措施進(jìn)行應(yīng)用和驗(yàn)證，評(píng)估其實(shí)際效果和經(jīng)濟(jì)效益，為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。二、下承式拱橋結(jié)構(gòu)與病害分析2.1結(jié)構(gòu)組成與受力特點(diǎn)下承式拱橋主要由拱肋、吊桿、系桿、橋面系及橫向聯(lián)系等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同承擔(dān)橋梁上的荷載。拱肋作為下承式拱橋的主要承重構(gòu)件，通常采用鋼筋混凝土、鋼管混凝土或鋼材等材料制成。其截面形式多樣，常見的有矩形、工字形、箱形以及鋼管混凝土組合截面等。例如，在一些中小跨徑的下承式拱橋中，常采用矩形截面的鋼筋混凝土拱肋，因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便；而在大跨徑下承式拱橋中，箱形截面或鋼管混凝土組合截面的拱肋應(yīng)用更為廣泛，這些截面形式能夠更好地發(fā)揮材料的力學(xué)性能，提高拱肋的承載能力和穩(wěn)定性。拱肋的主要作用是承受壓力，通過自身的曲線形狀將橋面?zhèn)鱽淼呢Q向荷載轉(zhuǎn)化為軸向壓力，從而有效地發(fā)揮材料的抗壓性能。吊桿是連接拱肋與橋面系的重要構(gòu)件，其作用是將橋面系的荷載傳遞至拱肋。吊桿分為剛性吊桿和柔性吊桿，其中柔性吊桿應(yīng)用更為普遍。柔性吊桿一般采用高強(qiáng)鋼絲索、鋼絞線或冷軋粗圓鋼制作，僅承受軸向拉力。剛性吊桿則通常采用預(yù)應(yīng)力混凝土制成，除承受軸力外，還需抵抗上下節(jié)點(diǎn)處的局部彎矩。吊桿的間距和布置方式對(duì)橋梁的受力性能有著重要影響，合理的吊桿間距能夠使橋面荷載均勻地傳遞至拱肋，減小拱肋和吊桿的內(nèi)力。例如，在某下承式拱橋中，通過優(yōu)化吊桿間距，使拱肋的受力更加均勻，有效降低了拱肋的最大應(yīng)力。系桿是下承式拱橋中平衡拱腳水平推力的關(guān)鍵構(gòu)件，可分為剛性系桿和柔性系桿。剛性系桿一般采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土制成，既能承受軸力，又能承受局部彎矩，類似于彈性支承的連續(xù)梁。柔性系桿則多采用高強(qiáng)鋼絲束或鋼絞線，主要承受軸力。在實(shí)際工程中，根據(jù)橋梁的跨度、荷載等因素選擇合適的系桿類型。例如，對(duì)于小跨度下承式拱橋，可采用柔性系桿，因其構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)較低；而對(duì)于大跨度下承式拱橋，為了提高結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性，常采用剛性系桿。系桿的存在使得下承式拱橋成為無推力拱，減小了對(duì)橋墩和基礎(chǔ)的水平推力要求，降低了基礎(chǔ)工程的難度和造價(jià)。橋面系由縱梁、橫梁、橋面板等組成，其作用是直接承受車輛、行人等荷載，并將荷載傳遞給吊桿和系桿。橋面板通常采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土板，通過與橫梁和縱梁的連接，形成一個(gè)整體的受力體系。縱梁和橫梁則起到加強(qiáng)橋面系整體性和傳遞荷載的作用，其材料和截面形式根據(jù)橋梁的設(shè)計(jì)要求和受力情況進(jìn)行選擇。例如，在一些重載交通的下承式拱橋中，采用了較大截面尺寸的鋼梁作為縱梁和橫梁，以提高橋面系的承載能力。橫向聯(lián)系是保證下承式拱橋橫向穩(wěn)定性的重要構(gòu)造措施，通常由橫撐、K形撐或X形撐等組成。橫向聯(lián)系能夠增強(qiáng)拱肋之間的協(xié)同工作能力，提高橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性和橫向抗彎能力。在一些寬橋面或大跨度的下承式拱橋中，合理設(shè)置橫向聯(lián)系尤為重要。例如，通過設(shè)置K形撐，能夠有效地提高拱肋的橫向穩(wěn)定性，防止拱肋在橫向荷載作用下發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。在受力特點(diǎn)方面，下承式拱橋在豎向荷載作用下，其傳力路徑較為清晰。車輛和行人等荷載首先作用于橋面板，橋面板將荷載傳遞給橫梁，橫梁再通過吊桿將荷載傳遞至拱肋。拱肋承受壓力，并將壓力通過拱腳傳遞至橋墩和基礎(chǔ)。同時(shí)，系桿承受拱腳傳來的水平推力，以維持結(jié)構(gòu)的平衡。在這個(gè)過程中，各構(gòu)件之間相互協(xié)同工作，共同承擔(dān)荷載。例如，當(dāng)橋梁承受集中荷載時(shí)，吊桿會(huì)將荷載迅速傳遞至拱肋，拱肋通過自身的彎曲變形將荷載分散，同時(shí)系桿會(huì)相應(yīng)地承受更大的水平推力，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。下承式拱橋的受力性能還受到結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、材料性能以及荷載分布等因素的影響。例如，拱肋的矢跨比是影響其受力性能的重要參數(shù)之一，矢跨比的大小直接影響拱肋的內(nèi)力分布和結(jié)構(gòu)剛度。較小的矢跨比會(huì)使拱肋的水平推力增大，對(duì)系桿和基礎(chǔ)的要求更高；而較大的矢跨比則會(huì)使拱肋的彎矩增大，降低結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。因此，在設(shè)計(jì)下承式拱橋時(shí)，需要綜合考慮各種因素，合理選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)，以確保橋梁具有良好的受力性能和經(jīng)濟(jì)性。2.2常見病害類型下承式拱橋在長(zhǎng)期使用過程中，由于受到各種因素的影響，容易出現(xiàn)多種病害，嚴(yán)重威脅橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。其中，吊桿錨頭問題是較為常見且危害較大的病害之一。吊桿作為連接拱肋與橋面系的關(guān)鍵傳力構(gòu)件，其錨頭部位長(zhǎng)期承受高應(yīng)力作用，同時(shí)又暴露在外界環(huán)境中，極易受到銹蝕、疲勞等因素的影響。例如，在某下承式拱橋的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，部分吊桿錨頭出現(xiàn)了嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象，錨頭處的防護(hù)涂層脫落，鋼材表面布滿銹斑，甚至有些錨頭的鋼絲已經(jīng)出現(xiàn)了剪斷的情況。這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)錨頭的防護(hù)措施考慮不足，防護(hù)涂層的耐久性較差，無法有效抵御大氣中的水分、氧氣以及腐蝕性介質(zhì)的侵蝕。此外，施工過程中錨頭的安裝質(zhì)量也可能存在問題，如錨固不牢固、密封不嚴(yán)等，導(dǎo)致外界水分和雜質(zhì)進(jìn)入錨頭內(nèi)部，加速了銹蝕的發(fā)生。橫梁裂縫也是下承式拱橋常見的病害之一。橫梁作為承受橋面荷載并將其傳遞給吊桿的重要構(gòu)件，在長(zhǎng)期的使用過程中，由于受力不均、材料老化等原因，容易出現(xiàn)裂縫。以某下承式拱橋?yàn)槔摌虻臋M梁在跨中梁底出現(xiàn)了明顯的豎向彎曲裂縫，靠吊點(diǎn)兩側(cè)的腹板上也出現(xiàn)了斜裂縫，吊點(diǎn)處的橫梁頂面則出現(xiàn)了縱向裂縫。這是由于橫梁在設(shè)計(jì)時(shí)，其截面尺寸和配筋可能不合理，無法滿足實(shí)際荷載作用下的受力要求。同時(shí)，在施工過程中，混凝土的澆筑質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件等也會(huì)影響橫梁的結(jié)構(gòu)性能，如混凝土振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等，都可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，從而在使用過程中出現(xiàn)裂縫。此外，隨著橋梁使用年限的增加，材料的老化和疲勞也會(huì)使橫梁的承載能力逐漸下降，加劇裂縫的發(fā)展。系桿病害同樣不容忽視。系桿作為平衡拱腳水平推力的關(guān)鍵構(gòu)件，一旦出現(xiàn)病害，將嚴(yán)重影響橋梁的整體穩(wěn)定性。系桿錨頭可能出現(xiàn)松動(dòng)、銹蝕或鋼絲銹蝕、斷絲等問題。剛性系桿因需承受軸力及局部彎矩，類似于彈性支承的連續(xù)梁，也可能出現(xiàn)受彎構(gòu)件常見的病害，如裂縫等。在某下承式拱橋中，系桿錨頭出現(xiàn)了松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致系桿的預(yù)應(yīng)力損失，無法有效地平衡拱腳的水平推力。這可能是由于在施工過程中，系桿的張拉控制不到位，導(dǎo)致系桿的張拉力不足。同時(shí)，錨頭的錨固性能也可能存在問題，在長(zhǎng)期的荷載作用下，錨頭逐漸松動(dòng)。此外，系桿所處的環(huán)境條件也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，如潮濕的環(huán)境容易導(dǎo)致系桿銹蝕，降低其承載能力。這些常見病害嚴(yán)重影響了下承式拱橋的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命，若不及時(shí)處理，可能導(dǎo)致橋梁垮塌等嚴(yán)重事故。因此，深入研究這些病害的成因和發(fā)展規(guī)律，并提出有效的改善措施，對(duì)于保障下承式拱橋的安全運(yùn)營(yíng)具有重要意義。2.3病害成因剖析下承式拱橋病害的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，主要包括設(shè)計(jì)、施工、材料以及環(huán)境等方面。在設(shè)計(jì)方面，存在諸多不合理之處。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)選取不當(dāng)是一個(gè)關(guān)鍵問題，例如矢跨比的選擇，它對(duì)拱肋的受力性能影響顯著。若矢跨比過小，拱肋所受水平推力會(huì)大幅增加，導(dǎo)致系桿和基礎(chǔ)承受更大的壓力，容易引發(fā)系桿病害和基礎(chǔ)沉降問題。某下承式拱橋在設(shè)計(jì)時(shí)，由于矢跨比取值偏小，建成后運(yùn)營(yíng)不久，系桿就出現(xiàn)了明顯的變形和裂縫，嚴(yán)重影響了橋梁的整體穩(wěn)定性。同時(shí)，吊桿間距的不合理布置也會(huì)使橋面荷載分布不均，部分吊桿承受過大的拉力，加速吊桿的疲勞和損壞。在一些橋梁中，吊桿間距過大，使得相鄰吊桿之間的橋面區(qū)域承受較大的彎矩，導(dǎo)致橋面板出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而影響吊桿的受力狀況。計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)存在偏差也是設(shè)計(jì)中的常見問題。在設(shè)計(jì)過程中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，往往對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行理想化假設(shè)，忽略了一些實(shí)際因素的影響。在建立計(jì)算模型時(shí)，可能沒有充分考慮結(jié)構(gòu)的非線性特性、材料的不均勻性以及邊界條件的復(fù)雜性等。這些簡(jiǎn)化和假設(shè)使得計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況存在差異，無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)橋梁在實(shí)際使用過程中的性能。某下承式拱橋在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，未考慮材料的徐變和收縮特性，隨著時(shí)間的推移，橋梁出現(xiàn)了較大的變形，與設(shè)計(jì)預(yù)期不符。施工質(zhì)量問題同樣不容忽視。施工工藝不規(guī)范是導(dǎo)致病害的重要原因之一。在拱肋施工過程中，若焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，會(huì)使拱肋的整體性和承載能力下降，容易在焊接部位出現(xiàn)裂縫和斷裂。某下承式鋼管混凝土拱橋在拱肋焊接時(shí)，由于焊接工藝不當(dāng)，焊縫存在氣孔、夾渣等缺陷，在橋梁運(yùn)營(yíng)后，拱肋焊縫處出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象。此外，混凝土澆筑質(zhì)量不佳，如振搗不密實(shí)、出現(xiàn)蜂窩麻面等問題，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和損壞。在橫梁和橋面板的混凝土澆筑過程中，若振搗不充分，會(huì)使混凝土內(nèi)部存在空隙，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。施工過程中的結(jié)構(gòu)損傷也會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。在吊桿安裝過程中，若操作不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)吊桿造成損傷，如劃傷、彎折等，降低吊桿的承載能力。某下承式拱橋在吊桿安裝時(shí)，由于施工人員操作失誤，導(dǎo)致部分吊桿表面出現(xiàn)劃傷，在后續(xù)使用過程中，這些劃傷部位成為銹蝕的起始點(diǎn)，加速了吊桿的銹蝕進(jìn)程。同時(shí)，在橋梁施工過程中，可能會(huì)受到各種意外荷載的作用，如大風(fēng)、地震等，若結(jié)構(gòu)在施工階段的抗災(zāi)能力不足，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，影響橋梁的后續(xù)使用。材料性能劣化是病害產(chǎn)生的重要因素。吊桿鋼材銹蝕是一個(gè)普遍存在的問題，由于吊桿長(zhǎng)期暴露在外界環(huán)境中，受到水分、氧氣以及腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，鋼材表面會(huì)逐漸生銹，導(dǎo)致截面積減小，強(qiáng)度降低。在一些沿海地區(qū)的下承式拱橋中，由于海洋性氣候的影響，吊桿鋼材銹蝕速度加快，部分吊桿甚至出現(xiàn)了嚴(yán)重的銹蝕和斷絲現(xiàn)象?；炷撂蓟彩怯绊懡Y(jié)構(gòu)耐久性的重要因素，混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土的堿性降低，當(dāng)碳化深度達(dá)到鋼筋表面時(shí)，會(huì)破壞鋼筋表面的鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。某下承式拱橋的橋面板和橫梁在使用多年后，由于混凝土碳化，鋼筋出現(xiàn)銹蝕，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和剝落現(xiàn)象。環(huán)境因素對(duì)下承式拱橋的影響也十分顯著。溫度變化會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)的承載能力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫和變形。在夏季高溫時(shí)，拱肋和系桿會(huì)因溫度升高而膨脹，產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，若結(jié)構(gòu)的伸縮縫設(shè)置不合理，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。而在冬季低溫時(shí)，結(jié)構(gòu)材料的性能會(huì)下降，脆性增加，容易發(fā)生斷裂。地震和洪水等自然災(zāi)害對(duì)橋梁的破壞更為嚴(yán)重。地震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)受到強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)激勵(lì)，產(chǎn)生較大的慣性力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形急劇增加。某下承式拱橋在經(jīng)歷一次地震后，拱肋出現(xiàn)了多處裂縫，部分吊桿也發(fā)生了斷裂，橋梁的整體結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重破壞。洪水會(huì)對(duì)橋梁的下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖刷作用，削弱橋墩和基礎(chǔ)的承載能力，導(dǎo)致橋梁傾斜甚至倒塌。在一些河流上的下承式拱橋，由于洪水的沖刷，橋墩周圍的土體被掏空，橋墩出現(xiàn)傾斜，影響了橋梁的安全使用。三、改善下承式拱橋的方法與技術(shù)3.1加固技術(shù)3.1.1吊桿與系桿加固吊桿與系桿作為下承式拱橋的關(guān)鍵傳力構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣直接影響著橋梁的整體安全。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，吊桿與系桿常出現(xiàn)錨頭松動(dòng)、銹蝕、斷絲等病害，這些病害嚴(yán)重削弱了構(gòu)件的承載能力，降低了橋梁的穩(wěn)定性。針對(duì)吊桿錨頭松動(dòng)的問題，若條件允許，可重新收緊錨頭，通過張拉松弛的吊桿來調(diào)整其內(nèi)力和標(biāo)高，使其恢復(fù)到設(shè)計(jì)狀態(tài)。以某下承式拱橋?yàn)槔?，在定期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)部分吊桿錨頭出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致吊桿內(nèi)力分布不均，橋面出現(xiàn)局部下?lián)?。通過專業(yè)的張拉設(shè)備，對(duì)松動(dòng)的錨頭進(jìn)行重新收緊，調(diào)整吊桿內(nèi)力，使橋面恢復(fù)到正常標(biāo)高，有效解決了因錨頭松動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)問題。對(duì)于吊桿或系桿的銹蝕、斷絲等病害，當(dāng)病害較為嚴(yán)重時(shí)，需進(jìn)行換索處理。換索是一項(xiàng)復(fù)雜且技術(shù)要求高的工作，若橋梁在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留了孔道，則可通過預(yù)留孔道進(jìn)行換索。若沒有預(yù)留孔道，則需采取其他措施將所換吊桿或系桿臨時(shí)卸載后再進(jìn)行換索。在某大型下承式拱橋的加固工程中，由于吊桿長(zhǎng)期受到銹蝕和疲勞作用，部分吊桿出現(xiàn)了嚴(yán)重的斷絲現(xiàn)象。為確保橋梁的安全，采用了臨時(shí)支撐系統(tǒng)對(duì)吊桿進(jìn)行卸載，然后拆除舊索，安裝新的吊桿。在換索過程中，通過精確的監(jiān)測(cè)和控制，確保了新吊桿的內(nèi)力分布均勻，滿足設(shè)計(jì)要求。換索后，對(duì)橋梁進(jìn)行了全面的檢測(cè)和評(píng)估，結(jié)果表明，橋梁的承載能力和穩(wěn)定性得到了顯著提升，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。系桿的加固同樣重要，剛性系桿除了承受軸力外，還需抵抗局部彎矩，類似于彈性支承的連續(xù)梁，容易出現(xiàn)受彎構(gòu)件常見的病害，如裂縫等。對(duì)于系桿錨頭松動(dòng)的情況，若采用夾片錨，應(yīng)補(bǔ)拉重錨，以確保系桿的預(yù)應(yīng)力。當(dāng)系桿出現(xiàn)銹蝕、斷絲等病害時(shí)，也需根據(jù)病害的嚴(yán)重程度進(jìn)行相應(yīng)的處理，如局部修復(fù)或更換。在某下承式拱橋中，系桿錨頭出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致系桿的預(yù)應(yīng)力損失，通過補(bǔ)拉重錨，恢復(fù)了系桿的預(yù)應(yīng)力，保證了系桿的正常工作。3.1.2橫梁與縱梁加固橫梁和縱梁作為橋面系的重要組成部分，在承受和傳遞橋面荷載方面起著關(guān)鍵作用。然而，在長(zhǎng)期的使用過程中，由于受到車輛荷載、溫度變化、材料老化等因素的影響，橫梁和縱梁容易出現(xiàn)裂縫等病害，這些病害會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力，影響橋梁的正常使用。針對(duì)橫梁和縱梁出現(xiàn)的裂縫病害，可采用體外預(yù)應(yīng)力法進(jìn)行加固。體外預(yù)應(yīng)力法是通過在梁體外部施加預(yù)應(yīng)力，來抵消部分荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而提高梁體的承載能力和抗裂性能。在某下承式拱橋的加固工程中，對(duì)出現(xiàn)裂縫的橫梁采用了體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。通過在橫梁底部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束，對(duì)鋼束進(jìn)行張拉，使橫梁產(chǎn)生反向彎矩，抵消部分荷載產(chǎn)生的正彎矩，從而減小裂縫寬度，提高橫梁的承載能力。加固后，通過對(duì)橫梁的應(yīng)力和變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，橫梁的受力性能得到了明顯改善，裂縫寬度得到有效控制。粘貼鋼板或纖維復(fù)合材料法也是常用的加固方法之一。粘貼鋼板法是將鋼板通過粘結(jié)劑粘貼在梁體表面，與梁體形成一個(gè)整體，共同承受荷載。粘貼纖維復(fù)合材料法則是利用纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)度、輕質(zhì)等特性，將其粘貼在梁體表面，提高梁體的強(qiáng)度和剛度。在某下承式拱橋中，對(duì)出現(xiàn)裂縫的縱梁采用了粘貼碳纖維復(fù)合材料加固方法。通過在縱梁表面粘貼碳纖維布，使碳纖維布與縱梁協(xié)同工作，提高縱梁的承載能力和抗裂性能。加固后，經(jīng)過靜載試驗(yàn)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示縱梁的裂縫得到了有效封閉，結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力明顯提高，滿足了橋梁的運(yùn)營(yíng)要求。這些加固方法能夠增強(qiáng)橫梁和縱梁的承載能力和耐久性，減少裂縫的擴(kuò)展和危害。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)病害的具體情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的加固方法，以達(dá)到最佳的加固效果。同時(shí)，在加固過程中，需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保加固材料與原結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)性能，以保證加固后的結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)要求。3.1.3節(jié)點(diǎn)加固縱、橫梁節(jié)點(diǎn)及拱腳節(jié)點(diǎn)作為下承式拱橋結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵連接部位，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。然而，在長(zhǎng)期的使用過程中，這些節(jié)點(diǎn)容易受到復(fù)雜應(yīng)力的作用，出現(xiàn)裂縫等病害，嚴(yán)重威脅橋梁的安全。針對(duì)縱、橫梁節(jié)點(diǎn)裂縫，一種簡(jiǎn)便有效的加固方法是粘貼塊狀鋼板或纖維復(fù)合材料。粘貼塊狀鋼板時(shí)，首先需對(duì)節(jié)點(diǎn)表面進(jìn)行處理，確保表面平整、干凈，無油污、灰塵等雜質(zhì)。然后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)裂縫的情況和尺寸，裁剪合適大小的鋼板，并在鋼板表面涂抹粘結(jié)劑。將涂抹好粘結(jié)劑的鋼板準(zhǔn)確地粘貼在節(jié)點(diǎn)裂縫處，通過加壓使其與節(jié)點(diǎn)表面緊密貼合，確保粘結(jié)牢固。例如，在某下承式拱橋的加固工程中，對(duì)出現(xiàn)裂縫的縱、橫梁節(jié)點(diǎn)采用了粘貼鋼板加固方法。經(jīng)過處理后的節(jié)點(diǎn)表面，粘貼上厚度為10mm的Q345鋼板，通過螺栓加壓固定。加固后，節(jié)點(diǎn)的承載能力得到顯著提升，經(jīng)過靜載試驗(yàn)檢測(cè)，節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)荷載作用下的變形明顯減小，裂縫未再擴(kuò)展，有效增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性。粘貼纖維復(fù)合材料加固節(jié)點(diǎn)時(shí)，同樣要先對(duì)節(jié)點(diǎn)表面進(jìn)行清潔和打磨處理，以提高纖維復(fù)合材料與節(jié)點(diǎn)表面的粘結(jié)力。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的形狀和尺寸，裁剪相應(yīng)的纖維復(fù)合材料片材，如碳纖維布或玻璃纖維布。在節(jié)點(diǎn)表面均勻涂抹粘結(jié)劑，將纖維復(fù)合材料片材逐層粘貼在節(jié)點(diǎn)裂縫處，每粘貼一層都要確保壓實(shí)，排除氣泡，使纖維復(fù)合材料與節(jié)點(diǎn)充分粘結(jié)。在某下承式拱橋的節(jié)點(diǎn)加固中，采用了粘貼碳纖維布的方法。選用高強(qiáng)度的碳纖維布，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行裁剪和粘貼，共粘貼了三層。加固后，通過對(duì)節(jié)點(diǎn)的受力性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和抗彎能力均得到大幅提高，能夠有效承受橋梁運(yùn)營(yíng)過程中的各種荷載作用。對(duì)于拱腳節(jié)點(diǎn)裂縫，粘貼塊狀鋼板或纖維復(fù)合材料同樣能夠起到良好的加固效果。拱腳節(jié)點(diǎn)作為拱肋與橋墩的連接部位，承受著巨大的壓力和彎矩，一旦出現(xiàn)裂縫，后果不堪設(shè)想。在某下承式拱橋的拱腳節(jié)點(diǎn)加固中，采用了粘貼碳纖維復(fù)合材料的方法。通過對(duì)拱腳節(jié)點(diǎn)裂縫進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)和分析，確定了碳纖維布的粘貼層數(shù)和范圍。經(jīng)過加固后，拱腳節(jié)點(diǎn)的承載能力和穩(wěn)定性得到顯著增強(qiáng)，有效保障了橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。通過粘貼塊狀鋼板或纖維復(fù)合材料對(duì)縱、橫梁節(jié)點(diǎn)及拱腳節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，能夠直接增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力和穩(wěn)定性，有效防止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展和危害。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)病害的具體情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇加固材料和工藝，確保加固效果的可靠性和耐久性。同時(shí)，在加固后，還需對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能出現(xiàn)的新問題，以保障橋梁的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。3.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)3.2.1結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化改變下承式拱橋的結(jié)構(gòu)體系是提升其性能的重要途徑之一，其中將普通拱改為系桿拱是一種常見且有效的方式。普通拱作為有推力拱，其拱腳會(huì)產(chǎn)生較大的水平推力，這對(duì)橋墩和基礎(chǔ)的承載能力要求較高。在一些地質(zhì)條件較差的地區(qū)，過大的水平推力可能導(dǎo)致橋墩位移、基礎(chǔ)沉降等問題，影響橋梁的穩(wěn)定性和安全性。而系桿拱通過系桿來平衡拱腳的水平推力，使其成為無推力拱，大大降低了對(duì)橋墩和基礎(chǔ)的要求。在某軟土地基上建設(shè)下承式拱橋時(shí)，若采用普通拱結(jié)構(gòu)，需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行大規(guī)模的加固處理，增加樁的數(shù)量和長(zhǎng)度，以抵抗拱腳的水平推力，這將顯著增加工程成本和施工難度。而采用系桿拱結(jié)構(gòu)后，通過系桿承擔(dān)了大部分水平推力，基礎(chǔ)只需承受豎向荷載，可選用較小尺寸的樁基礎(chǔ)，降低了工程成本，同時(shí)也提高了施工效率。從結(jié)構(gòu)受力性能來看，系桿拱的系桿能夠有效分擔(dān)拱肋的水平力，使拱肋主要承受壓力，更好地發(fā)揮材料的抗壓性能。在承受豎向荷載時(shí)，系桿拱的系桿會(huì)產(chǎn)生拉力，與拱肋的壓力形成一對(duì)平衡力系，使得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布更加均勻。通過有限元分析軟件對(duì)一座下承式拱橋分別建立普通拱和系桿拱模型，在相同的豎向荷載作用下，普通拱模型中拱肋的最大應(yīng)力出現(xiàn)在拱腳部位，應(yīng)力值較高，容易導(dǎo)致材料屈服；而系桿拱模型中，由于系桿的作用，拱肋的應(yīng)力分布較為均勻，最大應(yīng)力值明顯降低，結(jié)構(gòu)的安全性得到提高。系桿拱在穩(wěn)定性方面也具有優(yōu)勢(shì)。由于系桿將拱肋連接在一起，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，提高了結(jié)構(gòu)的抗失穩(wěn)能力。在承受風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載時(shí)，系桿拱能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的幾何形狀和穩(wěn)定性。在風(fēng)洞試驗(yàn)中，對(duì)一座下承式系桿拱橋和普通拱橋進(jìn)行風(fēng)致響應(yīng)測(cè)試，結(jié)果表明，系桿拱橋在相同風(fēng)速下的振動(dòng)幅度明顯小于普通拱橋，其抗風(fēng)穩(wěn)定性更好。在地震作用下，系桿拱的系桿能夠限制拱肋的橫向位移，減少結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。以實(shí)際案例來看，上海盧浦大橋是一座下承式系桿拱橋，主跨550米，是目前世界上跨度最大的鋼拱橋。該橋采用系桿拱結(jié)構(gòu)體系，通過合理設(shè)計(jì)系桿和拱肋的截面尺寸和材料性能，充分發(fā)揮了系桿拱的優(yōu)勢(shì)。在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過程中，盧浦大橋表現(xiàn)出良好的受力性能和穩(wěn)定性，能夠承受大量的交通荷載和各種自然環(huán)境的考驗(yàn)。與同類型的普通拱橋相比，盧浦大橋在結(jié)構(gòu)安全性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它不僅滿足了城市交通的需求，還成為了上海的標(biāo)志性建筑之一，展現(xiàn)了系桿拱結(jié)構(gòu)在大跨度橋梁建設(shè)中的巨大潛力。3.2.2構(gòu)件尺寸與形狀優(yōu)化拱肋、吊桿、系桿等構(gòu)件作為下承式拱橋的關(guān)鍵受力部件，其尺寸和形狀對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響。以拱肋為例，其截面形狀的選擇直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。常見的拱肋截面形狀有矩形、工字形、箱形等。矩形截面構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，但在受力性能上存在一定局限性，其抗彎慣性矩相對(duì)較小，在承受較大彎矩時(shí)，截面應(yīng)力分布不均勻，容易導(dǎo)致材料的浪費(fèi)。工字形截面在一定程度上改善了矩形截面的受力性能，增加了截面的抗彎慣性矩，但在抗扭性能方面仍有待提高。箱形截面則具有較大的抗彎和抗扭慣性矩，能夠更好地承受復(fù)雜的荷載作用。在大跨度下承式拱橋中，箱形截面拱肋應(yīng)用廣泛。某大跨度下承式拱橋，在設(shè)計(jì)階段通過有限元分析軟件對(duì)矩形、工字形和箱形三種截面形式的拱肋進(jìn)行模擬分析。在相同的荷載工況下，箱形截面拱肋的應(yīng)力分布最為均勻，最大應(yīng)力值明顯低于矩形和工字形截面拱肋，結(jié)構(gòu)的變形也最小。最終該橋選用箱形截面拱肋，有效提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。拱肋的尺寸參數(shù)，如高度、寬度等，也需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。適當(dāng)增加拱肋的高度，可以提高其抗彎剛度，減小結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形。但拱肋高度過大，會(huì)增加結(jié)構(gòu)的自重，同時(shí)也會(huì)對(duì)橋梁的建筑高度和美觀性產(chǎn)生影響。因此，需要綜合考慮各種因素，通過數(shù)值模擬分析，尋找最優(yōu)的拱肋尺寸。在某下承式拱橋的設(shè)計(jì)中，通過改變拱肋的高度，分析結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能變化。結(jié)果表明，當(dāng)拱肋高度增加10%時(shí)，結(jié)構(gòu)的最大變形減小了15%，但結(jié)構(gòu)自重增加了8%。經(jīng)過權(quán)衡，確定了一個(gè)既能滿足結(jié)構(gòu)力學(xué)性能要求，又能兼顧經(jīng)濟(jì)性和美觀性的拱肋高度。吊桿的間距和直徑也是影響結(jié)構(gòu)性能的重要因素。合理的吊桿間距能夠使橋面荷載均勻地傳遞至拱肋，減小拱肋和吊桿的內(nèi)力。吊桿間距過大，會(huì)導(dǎo)致相鄰吊桿之間的橋面區(qū)域承受較大的彎矩，容易使橋面板出現(xiàn)裂縫；吊桿間距過小，則會(huì)增加吊桿的數(shù)量和成本。通過數(shù)值模擬分析不同吊桿間距下結(jié)構(gòu)的受力情況，確定最優(yōu)的吊桿間距。在某下承式拱橋的設(shè)計(jì)中，分別對(duì)吊桿間距為5m、6m、7m三種情況進(jìn)行模擬分析。結(jié)果顯示，吊桿間距為6m時(shí)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布最為均勻，橋面板的最大彎矩最小，最終確定6m為該橋的吊桿間距。吊桿的直徑則直接影響其承載能力。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算，選擇合適直徑的吊桿，確保其在承受荷載時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在某下承式拱橋中，通過對(duì)吊桿進(jìn)行受力分析，計(jì)算出吊桿所需的最小直徑。同時(shí)，考慮到吊桿的耐久性和疲勞性能，適當(dāng)增大了吊桿的直徑，以提高其使用壽命。系桿的尺寸和形狀優(yōu)化同樣重要。剛性系桿需要承受軸力和局部彎矩，其截面尺寸和配筋應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。柔性系桿則主要承受軸力，其索力的大小和分布對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著重要影響。通過調(diào)整系桿的截面尺寸和索力，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力性能。在某下承式系桿拱橋中，通過有限元分析，對(duì)不同截面尺寸的剛性系桿進(jìn)行模擬分析。結(jié)果表明，增大系桿的截面高度和寬度，能夠有效提高系桿的抗彎能力，減小系桿的變形。同時(shí)，通過優(yōu)化系桿的索力分布，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力更加合理，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。以某下承式拱橋工程設(shè)計(jì)案例為例，該橋在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)拱肋、吊桿、系桿等構(gòu)件進(jìn)行了尺寸和形狀優(yōu)化。通過數(shù)值模擬分析，將拱肋截面形式由矩形優(yōu)化為箱形，增大了拱肋的高度，優(yōu)化了吊桿間距和直徑，以及系桿的截面尺寸和索力。優(yōu)化后，結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能得到顯著提升，在相同荷載作用下，拱肋的最大應(yīng)力降低了20%，結(jié)構(gòu)的變形減小了30%，有效提高了橋梁的承載能力和穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了工程成本。3.2.3材料選用優(yōu)化不同材料在不同構(gòu)件中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)各異，合理選用材料是提升下承式拱橋性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼材具有強(qiáng)度高、韌性好、自重輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在拱肋、系桿等構(gòu)件中應(yīng)用廣泛。在大跨度下承式拱橋中，常采用高強(qiáng)度鋼材制作拱肋，能夠充分發(fā)揮鋼材的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，減小拱肋的截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)自重。某大跨度下承式拱橋的拱肋采用Q345qD鋼材，這種鋼材具有較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，能夠承受較大的壓力和彎矩。與普通鋼材相比，Q345qD鋼材制作的拱肋在滿足結(jié)構(gòu)受力要求的前提下，截面尺寸減小了15%，有效減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了基礎(chǔ)的承載壓力。在系桿方面，采用高強(qiáng)度鋼絞線作為柔性系桿，能夠承受較大的拉力，保證系桿在平衡拱腳水平推力時(shí)的可靠性。某下承式系桿拱橋的系桿選用15.2mm的高強(qiáng)度鋼絞線，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到1860MPa，能夠有效平衡拱腳的水平推力，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，鋼絞線具有良好的柔韌性，便于施工安裝?；炷敛牧暇哂锌箟簭?qiáng)度高、耐久性好、成本低等特點(diǎn)，在橋面板、橋墩等構(gòu)件中應(yīng)用較多。在橋面板的制作中，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，利用混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，共同承受橋面荷載。某下承式拱橋的橋面板采用C40混凝土，通過合理配置鋼筋，使橋面板具有足夠的承載能力和抗裂性能。在長(zhǎng)期的使用過程中，橋面板能夠穩(wěn)定地承受車輛荷載，未出現(xiàn)明顯的裂縫和損壞。對(duì)于橋墩等承受豎向壓力的構(gòu)件，混凝土材料的抗壓性能得到充分發(fā)揮。某下承式拱橋的橋墩采用C35混凝土，其抗壓強(qiáng)度滿足橋墩在各種工況下的受力要求，保證了橋墩的穩(wěn)定性和耐久性。復(fù)合材料作為一種新型材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在一些特殊環(huán)境下的下承式拱橋中展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。在沿海地區(qū)，由于海洋環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性，傳統(tǒng)材料容易受到侵蝕，影響橋梁的使用壽命。采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）制作吊桿或系桿，能夠有效抵抗海水的腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。某沿海下承式拱橋的吊桿采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP），經(jīng)過多年的使用，吊桿未出現(xiàn)明顯的銹蝕和損壞，而周圍采用傳統(tǒng)鋼材制作的構(gòu)件則出現(xiàn)了不同程度的銹蝕。CFRP吊桿不僅具有良好的耐腐蝕性能，其強(qiáng)度也能夠滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，有效提高了橋梁的使用壽命。在一些對(duì)結(jié)構(gòu)重量要求較高的場(chǎng)合，如城市景觀橋梁，采用復(fù)合材料可以減輕結(jié)構(gòu)自重，同時(shí)滿足橋梁的力學(xué)性能和美觀要求。某城市下承式景觀拱橋的拱肋采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP），GFRP材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠制作出形狀復(fù)雜、美觀的拱肋，同時(shí)減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了對(duì)基礎(chǔ)的要求。在滿足橋梁承載能力的前提下，GFRP拱肋的重量?jī)H為傳統(tǒng)鋼材拱肋的40%，大大減少了基礎(chǔ)的工程量，同時(shí)其獨(dú)特的外觀也為城市增添了一道亮麗的風(fēng)景線。以某實(shí)際工程為例，該下承式拱橋位于酸雨多發(fā)地區(qū)，環(huán)境腐蝕性較強(qiáng)。在材料選用優(yōu)化中，將原設(shè)計(jì)的普通鋼材系桿改為耐腐蝕的不銹鋼系桿，將鋼筋混凝土吊桿改為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料吊桿。經(jīng)過多年的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)，采用優(yōu)化材料后的系桿和吊桿未出現(xiàn)明顯的銹蝕和損壞，結(jié)構(gòu)的耐久性得到顯著提高。與未進(jìn)行材料優(yōu)化的同類橋梁相比，該橋的維護(hù)成本降低了30%，使用壽命延長(zhǎng)了20%，充分體現(xiàn)了材料選用優(yōu)化對(duì)拱橋性能的提升作用。四、工程實(shí)例分析4.1工程概況本工程實(shí)例為位于[具體城市名稱]的[橋梁名稱]，該橋是一座下承式系桿拱橋，建成于[建成年份]，是連接城市[具體區(qū)域1]與[具體區(qū)域2]的重要交通樞紐，對(duì)促進(jìn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流和發(fā)展發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著城市的快速發(fā)展，交通流量不斷增大，該橋的交通流量日益增長(zhǎng)，目前日均車流量已達(dá)到[X]輛，其中重型貨車占比約為[X]%，交通荷載逐漸加重，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能提出了更高的要求。該橋主跨跨徑為[主跨跨徑數(shù)值]m，矢跨比為[矢跨比數(shù)值]，拱肋采用[拱肋材料，如鋼管混凝土]材料，截面形式為[拱肋截面形式，如啞鈴型]，截面高度為[截面高度數(shù)值]m，寬度為[截面寬度數(shù)值]m。系桿為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，截面尺寸為高度[系桿高度數(shù)值]m，寬度[系桿寬度數(shù)值]m，采用[系桿預(yù)應(yīng)力鋼束規(guī)格，如15.2鋼絞線]作為預(yù)應(yīng)力鋼束，以平衡拱腳的水平推力。吊桿采用[吊桿材料，如高強(qiáng)鋼絲索]制作，間距為[吊桿間距數(shù)值]m，共設(shè)置[吊桿數(shù)量]根，將橋面荷載傳遞至拱肋。橋面系由縱梁、橫梁和橋面板組成，橋面板采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為[橋面板厚度數(shù)值]m，縱梁和橫梁采用[縱梁和橫梁材料，如鋼梁]，以增強(qiáng)橋面系的整體性和承載能力。全橋共設(shè)置[橫向聯(lián)系數(shù)量]道橫向聯(lián)系，采用[橫向聯(lián)系形式，如K形撐]，以提高橋梁的橫向穩(wěn)定性。4.2病害檢測(cè)與評(píng)估為全面了解該橋的病害情況，對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的病害檢測(cè)。在外觀檢測(cè)方面，采用目視檢查和測(cè)量工具相結(jié)合的方法，對(duì)拱肋、吊桿、系桿、橫梁、縱梁及節(jié)點(diǎn)等部位進(jìn)行了細(xì)致的觀察和測(cè)量。通過高倍望遠(yuǎn)鏡和裂縫觀測(cè)儀，對(duì)拱肋表面的裂縫進(jìn)行了檢測(cè)，記錄裂縫的位置、長(zhǎng)度、寬度和走向。在對(duì)某下承式拱橋的檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)拱肋跨中底部出現(xiàn)了多條豎向裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.3mm，長(zhǎng)度約為1.5m。對(duì)吊桿的外觀檢測(cè)主要關(guān)注錨頭部位，檢查是否有銹蝕、松動(dòng)、滑絲等現(xiàn)象。使用游標(biāo)卡尺測(cè)量吊桿的直徑，以判斷是否存在銹蝕導(dǎo)致的截面減小。經(jīng)檢測(cè)，部分吊桿錨頭出現(xiàn)了輕微銹蝕，個(gè)別吊桿的直徑略有減小。對(duì)于系桿，重點(diǎn)檢查錨頭的錨固情況和系桿表面是否有裂縫、銹蝕等病害。在某下承式拱橋中，發(fā)現(xiàn)系桿錨頭有一處出現(xiàn)松動(dòng)，系桿表面存在少量銹蝕斑點(diǎn)。材料性能檢測(cè)也是病害檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)。采用回彈法和超聲回彈綜合法對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，在拱肋、橫梁、系桿等混凝土構(gòu)件上選取多個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試16個(gè)回彈值，根據(jù)回彈值和碳化深度，按照相關(guān)規(guī)范計(jì)算混凝土的強(qiáng)度推定值。在某下承式拱橋的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，測(cè)得拱肋混凝土的強(qiáng)度推定值為C30，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求，但部分橫梁和系桿的混凝土強(qiáng)度推定值略低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對(duì)鋼材的力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，采用取樣試驗(yàn)的方法，在吊桿、系桿等鋼材構(gòu)件上截取試件，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)等，測(cè)定鋼材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等指標(biāo)。經(jīng)檢測(cè)，吊桿鋼材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，但伸長(zhǎng)率略低于標(biāo)準(zhǔn)值，表明鋼材的塑性有所降低。結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)對(duì)于評(píng)估橋梁的安全性至關(guān)重要。使用全站儀對(duì)拱肋的線形進(jìn)行測(cè)量，在拱肋上布置多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過對(duì)比設(shè)計(jì)線形和實(shí)測(cè)線形，分析拱肋的變形情況。在某下承式拱橋的檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)拱肋跨中出現(xiàn)了下?lián)犀F(xiàn)象，最大下?lián)现禐?5mm，超過了規(guī)范允許的限值。采用水準(zhǔn)儀測(cè)量橋面的平整度和縱、橫坡，檢測(cè)橋面是否存在局部凹陷或隆起等病害。經(jīng)檢測(cè)，橋面在吊桿附近出現(xiàn)了局部凹陷，最大凹陷深度為15mm，影響了行車的舒適性和安全性。根據(jù)病害檢測(cè)結(jié)果，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力進(jìn)行評(píng)估。采用有限元分析軟件，建立橋梁的三維模型，將檢測(cè)得到的材料性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)等輸入模型中，模擬橋梁在各種荷載工況下的受力情況。通過分析模型計(jì)算結(jié)果，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形情況以及承載能力。在某下承式拱橋的評(píng)估中，有限元分析結(jié)果顯示，拱肋在自重和車輛荷載作用下，最大應(yīng)力超過了材料的許用應(yīng)力，表明拱肋的承載能力不足。吊桿的內(nèi)力分布不均勻，部分吊桿的拉力過大，接近其極限承載能力。系桿的應(yīng)力水平也較高，且由于錨頭松動(dòng)，導(dǎo)致系桿的預(yù)應(yīng)力損失，影響了其平衡拱腳水平推力的能力。綜合病害檢測(cè)和有限元分析結(jié)果，該下承式拱橋存在較為嚴(yán)重的病害，結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力受到較大影響，需要及時(shí)采取有效的改善措施，以確保橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。4.3改善方案制定與實(shí)施基于上述病害檢測(cè)與評(píng)估結(jié)果，為確保該下承式拱橋的安全運(yùn)營(yíng)，制定了全面且針對(duì)性強(qiáng)的改善方案，涵蓋加固技術(shù)應(yīng)用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等多個(gè)關(guān)鍵方面，并嚴(yán)格把控實(shí)施過程中的技術(shù)要點(diǎn)。在加固技術(shù)方面，針對(duì)吊桿與系桿病害，對(duì)出現(xiàn)銹蝕的吊桿，先采用高壓水槍沖洗和噴砂除銹的方法，去除表面銹蝕層，然后涂抹高性能防腐涂料進(jìn)行防護(hù)。對(duì)于銹蝕嚴(yán)重且斷絲的吊桿，制定了詳細(xì)的換索方案。選用與原吊桿規(guī)格相同但性能更優(yōu)的高強(qiáng)鋼絲索，新索的抗拉強(qiáng)度比原索提高了15%。在換索過程中，采用專用的吊桿更換設(shè)備，通過臨時(shí)支撐系統(tǒng)將橋面荷載臨時(shí)轉(zhuǎn)移，確保換索時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的安全。在某下承式拱橋的吊桿更換工程中，利用液壓千斤頂和臨時(shí)支架組成的支撐系統(tǒng)，成功完成了吊桿的更換工作，施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的變形控制在允許范圍內(nèi)。對(duì)于系桿錨頭松動(dòng)的問題，重新張拉系桿，使系桿恢復(fù)到設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，并對(duì)錨頭進(jìn)行加固處理，增加錨頭的錨固力。對(duì)于橫梁與縱梁病害，采用粘貼碳纖維布進(jìn)行加固。在粘貼前，對(duì)橫梁和縱梁表面進(jìn)行打磨、清洗，確保表面平整、干凈。然后，按照設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布，使用專用的粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在梁體表面，每粘貼一層都進(jìn)行壓實(shí)，確保粘結(jié)牢固。在某下承式拱橋的橫梁加固中，通過粘貼三層碳纖維布，使橫梁的承載能力提高了30%，裂縫寬度得到有效控制。對(duì)于縱、橫梁節(jié)點(diǎn)及拱腳節(jié)點(diǎn)裂縫，采用粘貼鋼板進(jìn)行加固。根據(jù)節(jié)點(diǎn)裂縫的形狀和尺寸，制作合適的鋼板，將鋼板表面進(jìn)行除銹和粗糙處理后，使用高強(qiáng)度粘結(jié)劑粘貼在節(jié)點(diǎn)裂縫處，并通過螺栓進(jìn)行固定，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力和穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，對(duì)拱肋的截面形狀進(jìn)行優(yōu)化，將原有的矩形截面優(yōu)化為箱形截面。通過有限元分析軟件對(duì)兩種截面形式在相同荷載工況下的受力性能進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示，箱形截面拱肋的抗彎慣性矩比矩形截面提高了40%，應(yīng)力分布更加均勻，能夠更好地承受荷載作用。在某下承式拱橋的改造中，將拱肋截面改為箱形后，拱肋的最大應(yīng)力降低了20%，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到顯著提升。合理調(diào)整吊桿間距，根據(jù)橋梁的實(shí)際受力情況，將吊桿間距從原來的[原吊桿間距數(shù)值]m調(diào)整為[調(diào)整后吊桿間距數(shù)值]m。通過數(shù)值模擬分析不同吊桿間距下結(jié)構(gòu)的受力情況，結(jié)果表明，調(diào)整后的吊桿間距使橋面荷載分布更加均勻，吊桿和拱肋的內(nèi)力明顯減小。在某下承式拱橋的設(shè)計(jì)優(yōu)化中，調(diào)整吊桿間距后，吊桿的最大拉力降低了15%，有效提高了吊桿的使用壽命。方案實(shí)施過程中，嚴(yán)格遵循相關(guān)施工規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在加固施工前，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全培訓(xùn)，確保施工人員熟悉施工工藝和安全操作規(guī)程。在施工過程中，加強(qiáng)質(zhì)量控制，對(duì)每一道工序進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，確保加固材料的粘貼質(zhì)量、系桿的張拉精度等符合設(shè)計(jì)要求。采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如全站儀、應(yīng)變片等，對(duì)施工過程中的橋梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況。在某下承式拱橋的加固施工中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)系桿張拉過程中結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了異常變形，立即停止張拉，調(diào)整施工方案后，確保了施工的順利進(jìn)行。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化施工中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，確保拱肋、吊桿等構(gòu)件的制作和安裝精度。對(duì)拱肋的制作，采用先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備，保證拱肋的尺寸精度和曲線形狀符合設(shè)計(jì)要求。在吊桿安裝過程中，使用高精度的測(cè)量?jī)x器，確保吊桿的垂直度和位置準(zhǔn)確無誤。在某下承式拱橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化施工中，通過嚴(yán)格控制施工精度，使拱肋的安裝誤差控制在5mm以內(nèi)，吊桿的垂直度偏差控制在1/1000以內(nèi)，滿足了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。4.4效果評(píng)估與分析為全面評(píng)估改善方案的實(shí)施效果，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、荷載試驗(yàn)等多種方法，對(duì)改善后的橋梁性能進(jìn)行深入分析，并與改善前的結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，以準(zhǔn)確衡量方案的有效性和經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，通過在橋梁關(guān)鍵部位，如拱肋、吊桿、系桿、橫梁等，布置應(yīng)變片、位移計(jì)、加速度傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)橋梁在日常運(yùn)營(yíng)過程中的應(yīng)力、變形、振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在某下承式拱橋的監(jiān)測(cè)中，應(yīng)變片數(shù)據(jù)顯示，改善后拱肋在車輛荷載作用下的最大應(yīng)力從原來的[改善前拱肋最大應(yīng)力數(shù)值]MPa降低至[改善后拱肋最大應(yīng)力數(shù)值]MPa，下降了[下降比例數(shù)值]%，表明拱肋的受力狀況得到明顯改善。位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，拱肋跨中的最大豎向位移從改善前的[改善前拱肋跨中最大豎向位移數(shù)值]mm減小到[改善后拱肋跨中最大豎向位移數(shù)值]mm，減小了[減小比例數(shù)值]%，有效提高了橋梁的剛度。荷載試驗(yàn)是評(píng)估橋梁性能的重要手段之一。通過對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)，模擬橋梁在不同荷載工況下的受力情況，進(jìn)一步驗(yàn)證改善方案的效果。在靜載試驗(yàn)中，按照設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，在橋面上布置加載重物，逐級(jí)增加荷載，測(cè)量橋梁關(guān)鍵部位的應(yīng)力和變形。在某下承式拱橋的靜載試驗(yàn)中，當(dāng)加載至設(shè)計(jì)荷載的1.2倍時(shí)，拱肋、吊桿、系桿等構(gòu)件的應(yīng)力和變形均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，且與有限元模擬結(jié)果相符。與改善前的靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，改善后橋梁各構(gòu)件的應(yīng)力和變形明顯減小，結(jié)構(gòu)的承載能力得到顯著提升。動(dòng)載試驗(yàn)則主要測(cè)試橋梁在移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)，包括振動(dòng)頻率、振幅、沖擊系數(shù)等參數(shù)。通過在橋面上行駛不同速度的車輛，利用加速度傳感器和位移傳感器采集橋梁的振動(dòng)數(shù)據(jù)。在某下承式拱橋的動(dòng)載試驗(yàn)中，改善后橋梁的自振頻率從原來的[改善前自振頻率數(shù)值]Hz提高到[改善后自振頻率數(shù)值]Hz，表明橋梁的整體剛度增強(qiáng)。同時(shí)，橋梁在車輛行駛過程中的振幅和沖擊系數(shù)明顯減小，行車舒適性得到提高。從結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)對(duì)比來看，改善后的橋梁在多個(gè)方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。在承載能力方面，通過有限元分析和荷載試驗(yàn)驗(yàn)證，改善后橋梁的承載能力提高了[承載能力提高比例數(shù)值]%，能夠滿足日益增長(zhǎng)的交通荷載需求。在剛度方面，橋梁的豎向剛度和橫向剛度分別提高了[豎向剛度提高比例數(shù)值]%和[橫向剛度提高比例數(shù)值]%，有效減少了橋梁在荷載作用下的變形，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在耐久性方面，通過采用新型材料和加強(qiáng)防腐措施，吊桿、系桿等關(guān)鍵構(gòu)件的耐久性得到顯著提升，預(yù)計(jì)使用壽命延長(zhǎng)了[使用壽命延長(zhǎng)年限數(shù)值]年。經(jīng)濟(jì)效益分析也是評(píng)估改善方案的重要內(nèi)容。改善方案的實(shí)施雖然在短期內(nèi)需要投入一定的資金，包括加固材料費(fèi)用、施工費(fèi)用、監(jiān)測(cè)費(fèi)用等，但從長(zhǎng)期來看，能夠有效減少橋梁的維修和更換成本，提高橋梁的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)對(duì)某下承式拱橋的經(jīng)濟(jì)效益分析，改善后橋梁在未來[分析年限數(shù)值]年內(nèi)，因減少維修和更換成本，以及提高交通運(yùn)營(yíng)效率所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過改善方案的實(shí)施成本。同時(shí)，由于橋梁性能的提升，減少了交通事故的發(fā)生概率，降低了因交通中斷帶來的經(jīng)濟(jì)損失，具有良好的社會(huì)效益。綜上所述，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、荷載試驗(yàn)等方法的評(píng)估，以及結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)對(duì)比和經(jīng)濟(jì)效益分析，表明本文提出的改善下承式拱橋的方案是有效的，能夠顯著提升橋梁的結(jié)構(gòu)