基于荷載試驗(yàn)的拱式組合橋梁檢測(cè)與加固關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景橋梁作為交通體系中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著跨越江河、山谷、道路等各種障礙的重要任務(wù)，是保障交通運(yùn)輸順暢的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。其中，拱式組合橋梁憑借其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式和力學(xué)性能，在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中占據(jù)著重要地位。它巧妙地融合了拱的承壓特性和梁的受彎性能，能夠充分發(fā)揮不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)較大的跨越能力和良好的承載性能。例如，在一些跨江、跨河的大型橋梁工程中，拱式組合橋梁以其壯觀的造型和可靠的結(jié)構(gòu)，成為連接兩岸的重要通道，極大地促進(jìn)了區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)交流和發(fā)展。然而，隨著使用年限的不斷增長(zhǎng)，拱式組合橋梁不可避免地面臨著各種安全問(wèn)題。長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，橋梁結(jié)構(gòu)受到風(fēng)吹、日曬、雨淋、凍融等自然因素的侵蝕，材料性能逐漸劣化。同時(shí)，日益增長(zhǎng)的交通流量和重型車(chē)輛的頻繁通行，使得橋梁承受的荷載不斷增加，超出了原設(shè)計(jì)的預(yù)期。這些因素綜合作用，導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)了諸如裂縫、腐蝕、變形等病害。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)現(xiàn)有的拱式組合橋梁中，相當(dāng)一部分橋梁存在不同程度的結(jié)構(gòu)損傷和安全隱患，嚴(yán)重威脅著橋梁的正常使用和交通安全。例如，某座建成多年的拱式組合橋梁，由于長(zhǎng)期受到重載車(chē)輛的作用，拱肋出現(xiàn)了多條裂縫，部分區(qū)域混凝土剝落，鋼筋銹蝕嚴(yán)重，橋梁的承載能力明顯下降。若不及時(shí)對(duì)這些病害進(jìn)行檢測(cè)和加固處理，橋梁極有可能發(fā)生坍塌等嚴(yán)重事故，造成不可挽回的損失。因此，對(duì)拱式組合橋梁進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)，并采取有效的加固措施，已成為保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)、延長(zhǎng)使用壽命的當(dāng)務(wù)之急。通過(guò)科學(xué)的檢測(cè)手段，可以全面了解橋梁的結(jié)構(gòu)性能和病害狀況，為制定合理的加固方案提供依據(jù)。而有效的加固措施則能夠修復(fù)橋梁的損傷，提高其承載能力和耐久性，確保橋梁在后續(xù)的使用過(guò)程中安全可靠。1.1.2研究意義本研究基于荷載試驗(yàn)對(duì)拱式組合橋梁進(jìn)行檢測(cè)與加固應(yīng)用研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和科學(xué)價(jià)值，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：保障交通安全：拱式組合橋梁作為交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其安全狀況直接關(guān)系到車(chē)輛和行人的通行安全。通過(guò)對(duì)橋梁進(jìn)行檢測(cè)和加固，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除潛在的安全隱患，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，為交通運(yùn)輸提供安全保障。避免因橋梁病害導(dǎo)致的交通事故，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，維護(hù)社會(huì)的穩(wěn)定和和諧發(fā)展。節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本：相較于拆除重建一座橋梁，對(duì)既有橋梁進(jìn)行檢測(cè)和加固往往具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)合理的檢測(cè)和加固措施，可以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，充分發(fā)揮其剩余價(jià)值，避免了大規(guī)模拆除重建所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)投入。同時(shí)，及時(shí)的加固處理還可以防止病害進(jìn)一步發(fā)展，減少后期維修和更換的成本。例如，對(duì)某座出現(xiàn)病害的拱式組合橋梁進(jìn)行加固后，預(yù)計(jì)可延長(zhǎng)使用壽命20年，節(jié)省了大量的重建資金。推動(dòng)技術(shù)發(fā)展：荷載試驗(yàn)作為一種重要的橋梁檢測(cè)手段，能夠直接獲取橋梁在實(shí)際荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)，為橋梁結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。本研究通過(guò)對(duì)荷載試驗(yàn)技術(shù)在拱式組合橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，有助于完善和發(fā)展橋梁檢測(cè)技術(shù)體系。同時(shí)，針對(duì)不同病害提出的加固方案和措施，也為同類(lèi)橋梁的加固工程提供了有益的參考和借鑒，推動(dòng)了橋梁加固技術(shù)的不斷進(jìn)步。在研究過(guò)程中，探索了新的檢測(cè)方法和加固材料，為橋梁工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新做出了貢獻(xiàn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于拱式組合橋梁的研究起步較早，在檢測(cè)與加固技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果。在檢測(cè)技術(shù)上，早期主要依賴(lài)于傳統(tǒng)的外觀檢查和簡(jiǎn)單的測(cè)量工具，隨著科技的不斷進(jìn)步，逐漸發(fā)展出了多種先進(jìn)的檢測(cè)方法。例如，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，超聲檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)等技術(shù)能夠在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行有效檢測(cè)。美國(guó)在橋梁無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，研發(fā)出了高精度的超聲檢測(cè)設(shè)備，能夠準(zhǔn)確測(cè)量混凝土內(nèi)部的裂縫深度和缺陷位置。在荷載試驗(yàn)方面，國(guó)外研究人員不斷完善試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析手段，通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型拱式組合橋梁的荷載試驗(yàn)，建立了較為完善的結(jié)構(gòu)性能評(píng)估體系。英國(guó)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)通過(guò)大量的荷載試驗(yàn)，深入分析了橋梁在不同荷載工況下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，為橋梁的安全性評(píng)估提供了可靠依據(jù)。在加固技術(shù)方面，國(guó)外也有諸多創(chuàng)新成果。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）加固技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用廣泛，這種材料具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高橋梁的承載能力和耐久性。日本在FRP加固技術(shù)的研究和應(yīng)用方面取得了顯著成就，將其應(yīng)用于多座拱式組合橋梁的加固工程中，取得了良好的效果。此外，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)也是國(guó)外常用的加固方法之一，通過(guò)施加體外預(yù)應(yīng)力，能夠有效改善橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高其承載能力。德國(guó)的一些橋梁加固工程中，采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，成功解決了橋梁因荷載增加而導(dǎo)致的承載能力不足問(wèn)題。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)在拱式組合橋梁檢測(cè)與加固領(lǐng)域的研究也取得了豐碩的成果。在檢測(cè)技術(shù)方面，緊跟國(guó)際步伐，不斷引進(jìn)和創(chuàng)新。除了常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)外，還結(jié)合國(guó)內(nèi)橋梁的特點(diǎn)，研發(fā)出了一些具有針對(duì)性的檢測(cè)方法。例如，基于振動(dòng)模態(tài)分析的檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)測(cè)量橋梁的振動(dòng)特性，評(píng)估其結(jié)構(gòu)健康狀況。國(guó)內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)大量拱式組合橋梁的振動(dòng)測(cè)試，建立了振動(dòng)參數(shù)與結(jié)構(gòu)損傷之間的關(guān)系模型，為橋梁的快速檢測(cè)提供了新的手段。在荷載試驗(yàn)方面，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了眾多實(shí)際工程的荷載試驗(yàn)研究，積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)不同跨徑、不同結(jié)構(gòu)形式的拱式組合橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，深入研究了其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和響應(yīng)規(guī)律，為橋梁的檢測(cè)與評(píng)估提供了有力的數(shù)據(jù)支持。在加固技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)根據(jù)自身的工程實(shí)際情況，發(fā)展了多種實(shí)用的加固方法。增大截面加固法是一種常見(jiàn)的加固方式，通過(guò)增加構(gòu)件的截面面積，提高其承載能力。在一些中小跨徑的拱式組合橋梁加固中，該方法得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的加固效果。此外，粘貼鋼板加固法也在國(guó)內(nèi)橋梁加固工程中應(yīng)用較多，通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)表面粘貼鋼板，增強(qiáng)其抗彎、抗剪能力。國(guó)內(nèi)的一些橋梁加固工程案例表明，粘貼鋼板加固法能夠有效地提高橋梁的承載能力，延長(zhǎng)其使用壽命。近年來(lái)，隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，國(guó)內(nèi)也在積極探索新型加固技術(shù)在拱式組合橋梁中的應(yīng)用，如新型復(fù)合材料加固技術(shù)、智能加固技術(shù)等，為橋梁加固領(lǐng)域注入了新的活力。1.2.3研究不足盡管?chē)?guó)內(nèi)外在拱式組合橋梁檢測(cè)與加固方面取得了眾多成果，但仍存在一些不足之處。在檢測(cè)技術(shù)方面，現(xiàn)有的檢測(cè)方法大多只能對(duì)橋梁的局部進(jìn)行檢測(cè)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。而且，不同檢測(cè)方法之間的融合和互補(bǔ)還不夠完善，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性有待提高。在荷載試驗(yàn)方面，試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)往往缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的各種影響因素考慮不夠周全，可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的偏差。同時(shí)，荷載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理和分析方法也有待進(jìn)一步優(yōu)化，以更準(zhǔn)確地評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能。在加固技術(shù)方面，雖然現(xiàn)有加固方法在一定程度上能夠提高橋梁的承載能力和耐久性，但對(duì)于一些復(fù)雜病害的橋梁，單一的加固方法往往難以達(dá)到理想的加固效果，需要探索多種加固方法的協(xié)同應(yīng)用。此外，加固材料的性能和質(zhì)量也參差不齊，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，影響了加固工程的質(zhì)量和效果。而且，在加固工程的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能和可靠性考慮不夠充分，可能會(huì)導(dǎo)致加固后的橋梁在長(zhǎng)期使用過(guò)程中出現(xiàn)新的問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究以[具體橋梁名稱(chēng)]為研究對(duì)象，該橋梁為典型的拱式組合橋梁，建成于[建成年份]，至今已服役[服役年限]年。由于長(zhǎng)期承受交通荷載和自然環(huán)境侵蝕，橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害，如拱肋裂縫、吊桿銹蝕、橋面鋪裝破損等，嚴(yán)重影響了橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。針對(duì)這些問(wèn)題，本研究將開(kāi)展以下工作：荷載試驗(yàn)實(shí)施：詳細(xì)介紹荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，包括試驗(yàn)方案的制定、試驗(yàn)儀器的選型與安裝等。在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)橋梁的關(guān)鍵部位，如拱肋、吊桿、橫梁等，布置應(yīng)變片、位移計(jì)等傳感器，采集橋梁在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，了解橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)和工作性能，為后續(xù)的安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)。橋梁安全評(píng)價(jià)：基于荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合橋梁的設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)橋梁的承載能力、剛度、穩(wěn)定性等進(jìn)行全面評(píng)估。采用荷載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)、結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)等指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。分析橋梁病害產(chǎn)生的原因，評(píng)估其對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響程度，確定橋梁的安全等級(jí)。加固方案設(shè)計(jì)與實(shí)施：根據(jù)橋梁的安全評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)不同的病害類(lèi)型和嚴(yán)重程度，制定個(gè)性化的加固方案。對(duì)于拱肋裂縫，采用壓力灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)，恢復(fù)混凝土的整體性和強(qiáng)度；對(duì)于吊桿銹蝕，更換銹蝕嚴(yán)重的吊桿，并采取防腐措施，提高吊桿的耐久性；對(duì)于橋面鋪裝破損，重新鋪設(shè)高性能的橋面鋪裝材料，改善行車(chē)舒適性和橋梁的防水性能。在加固方案實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照施工規(guī)范和技術(shù)要求進(jìn)行操作，確保加固工程的質(zhì)量和安全。加固效果驗(yàn)證：加固工程完成后，再次對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，對(duì)比加固前后橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)，評(píng)估加固效果。通過(guò)有限元模擬分析，進(jìn)一步驗(yàn)證加固方案的合理性和有效性。根據(jù)試驗(yàn)和模擬結(jié)果，對(duì)加固方案進(jìn)行優(yōu)化和完善，為同類(lèi)橋梁的加固工程提供參考?？偨Y(jié)經(jīng)驗(yàn)：總結(jié)本次基于荷載試驗(yàn)的拱式組合橋梁檢測(cè)與加固應(yīng)用研究的成果和經(jīng)驗(yàn)，包括荷載試驗(yàn)方法的優(yōu)化、橋梁安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定、加固方案的選擇與實(shí)施等方面。針對(duì)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和建議，為今后同類(lèi)橋梁的檢測(cè)與加固工作提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。1.3.2研究方法本研究采用實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，具體步驟如下：數(shù)據(jù)采集：在實(shí)際試驗(yàn)中，利用高精度的應(yīng)變片、位移計(jì)、加速度傳感器等設(shè)備，采集橋梁在不同荷載工況下的承載力、變形和振動(dòng)等數(shù)據(jù)。同時(shí)，使用全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器，對(duì)橋梁的幾何尺寸、線(xiàn)形等進(jìn)行測(cè)量，記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，包括橋梁的外觀病害、施工條件等。模型建立：基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用有限元分析軟件，如ANSYS、MidasCivil等，建立拱式組合橋梁的數(shù)值模型。在建模過(guò)程中，合理選擇單元類(lèi)型、材料參數(shù)和邊界條件，確保模型能夠準(zhǔn)確反映橋梁的實(shí)際結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和參數(shù)設(shè)置，模擬橋梁在不同荷載下的工作狀態(tài)和行為特征。評(píng)估分析：將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)兩者的差異分析，評(píng)估橋梁的安全狀態(tài)和存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，找出影響橋梁結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵因素，如荷載分布、結(jié)構(gòu)剛度、材料性能等，并分析其原因。加固設(shè)計(jì)：根據(jù)評(píng)估和分析結(jié)果，結(jié)合工程實(shí)際情況和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)的針對(duì)性加固方案。在加固設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮加固材料的選擇、加固方式的確定、施工工藝的要求等因素，設(shè)計(jì)合理的加固措施和程序。對(duì)加固方案進(jìn)行多方案比選，選擇最優(yōu)方案，確保加固效果和經(jīng)濟(jì)性。效果驗(yàn)證：實(shí)施加固措施后，再次進(jìn)行實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬，對(duì)比加固前后的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證加固效果。通過(guò)對(duì)加固后橋梁的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能是否得到明顯改善，是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和使用功能。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)加固方案提出優(yōu)化建議，為今后的橋梁加固工程提供參考。二、拱式組合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與病害分析2.1拱式組合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)拱式組合橋梁是一種將拱結(jié)構(gòu)與梁結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合的橋梁形式，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成賦予了橋梁優(yōu)異的力學(xué)性能和跨越能力。拱式組合橋梁主要由拱肋、系桿、吊桿（或立柱）、行車(chē)道梁（板）及橋面系等部分組成。拱肋是拱式組合橋梁的主要承重構(gòu)件，通常采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其形狀多為拋物線(xiàn)形或圓弧形，這種曲線(xiàn)形狀使得拱肋在承受荷載時(shí)能夠?qū)⒇Q向力轉(zhuǎn)化為軸向壓力，從而充分發(fā)揮材料的抗壓性能。在一座跨度為100米的鋼筋混凝土拱式組合橋梁中，拱肋承擔(dān)了約70%的豎向荷載，其抗壓強(qiáng)度得到了充分利用，有效提高了橋梁的承載能力。系桿是連接拱腳的水平構(gòu)件，主要作用是承受拱的水平推力，使橋梁成為外部靜定結(jié)構(gòu)。對(duì)于一些大跨度的拱式組合橋梁，系桿的作用尤為重要，它能夠平衡拱腳的水平推力，確保橋梁的穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，系桿通常采用高強(qiáng)度鋼材制作，以滿(mǎn)足其承受巨大拉力的要求。吊桿（或立柱）是連接拱肋和行車(chē)道梁（板）的豎向構(gòu)件，其作用是將行車(chē)道梁（板）上的荷載傳遞到拱肋上。吊桿一般采用高強(qiáng)度鋼索或鋼筋，具有較高的抗拉強(qiáng)度；立柱則多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有較好的抗壓性能。在不同類(lèi)型的拱式組合橋梁中，吊桿或立柱的布置方式和間距會(huì)根據(jù)橋梁的跨度、荷載等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保荷載的有效傳遞和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。行車(chē)道梁（板）及橋面系直接承受車(chē)輛和行人的荷載，并將荷載傳遞給吊桿（或立柱）。行車(chē)道梁（板）通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，橋面系則包括橋面鋪裝、欄桿、伸縮縫等部分，它們共同為車(chē)輛和行人提供安全、舒適的通行條件。在受力方面，拱式組合橋梁具有獨(dú)特的特點(diǎn)。在豎向荷載作用下，拱肋主要承受軸向壓力，通過(guò)拱的曲線(xiàn)形狀將豎向力轉(zhuǎn)化為軸向力，從而大大減小了拱肋的彎矩和剪力。這種受力方式使得拱肋能夠充分發(fā)揮材料的抗壓性能，提高橋梁的承載能力。同時(shí)，系桿承受拱的水平推力，平衡了拱腳的水平力，使橋梁結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。吊桿（或立柱）將行車(chē)道梁（板）上的荷載傳遞到拱肋上，形成了一個(gè)協(xié)同受力的體系。各結(jié)構(gòu)部分之間存在著密切的相互關(guān)系和協(xié)同作用。拱肋作為主要承重構(gòu)件，為整個(gè)橋梁提供了基本的承載能力；系桿平衡了拱的水平推力，保證了橋梁的穩(wěn)定性；吊桿（或立柱）將行車(chē)道梁（板）與拱肋連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了荷載的傳遞和分配；行車(chē)道梁（板）及橋面系則直接承受車(chē)輛和行人的荷載，并將其傳遞給其他結(jié)構(gòu)部分。它們相互配合，共同保證了橋梁在各種荷載工況下的安全運(yùn)行。在車(chē)輛荷載作用下，行車(chē)道梁（板）將荷載傳遞給吊桿，吊桿再將荷載傳遞給拱肋，拱肋在承受壓力的同時(shí)，通過(guò)系桿平衡水平推力，從而確保橋梁的穩(wěn)定。2.2常見(jiàn)病害類(lèi)型及成因2.2.1裂縫問(wèn)題裂縫是拱式組合橋梁中較為常見(jiàn)的病害之一，其出現(xiàn)的形式和位置多種多樣，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性產(chǎn)生著重要影響。在拱肋部位，裂縫通常表現(xiàn)為縱向裂縫和橫向裂縫?？v向裂縫一般沿拱肋軸線(xiàn)方向延伸，主要是由于拱肋在承受軸向壓力的同時(shí)，還受到彎曲、剪切等復(fù)雜應(yīng)力的作用，當(dāng)這些應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生。在一些大跨度拱式組合橋梁中，由于拱肋的長(zhǎng)度較大，在溫度變化、混凝土收縮等因素的影響下，拱肋內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而引發(fā)縱向裂縫。橫向裂縫則垂直于拱肋軸線(xiàn)，多發(fā)生在拱腳和拱頂?shù)炔课?。拱腳處由于承受著較大的豎向力和水平推力，應(yīng)力集中現(xiàn)象較為嚴(yán)重，容易出現(xiàn)橫向裂縫；拱頂處則由于彎矩較大，也容易產(chǎn)生橫向裂縫。在系桿和吊桿等構(gòu)件上，也可能出現(xiàn)裂縫。系桿裂縫一般為橫向裂縫，主要是由于系桿承受著拱的水平推力，當(dāng)拉力過(guò)大或系桿的抗拉強(qiáng)度不足時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。吊桿裂縫則多為斜向裂縫，這是因?yàn)榈鯒U在承受拉力的同時(shí)，還受到風(fēng)荷載、車(chē)輛振動(dòng)等動(dòng)力荷載的作用，這些荷載會(huì)使吊桿產(chǎn)生彎曲和剪切變形，從而引發(fā)斜向裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，主要包括以下幾點(diǎn)：材料性能：混凝土的質(zhì)量和性能對(duì)裂縫的產(chǎn)生有著重要影響。如果混凝土的配合比不合理，水泥用量過(guò)多、水灰比過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮變形增大，從而增加裂縫產(chǎn)生的可能性。混凝土中骨料的質(zhì)量和級(jí)配不良，也會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，容易引發(fā)裂縫。鋼筋的銹蝕會(huì)導(dǎo)致其體積膨脹，從而對(duì)周?chē)幕炷廉a(chǎn)生擠壓作用，使混凝土出現(xiàn)裂縫。當(dāng)鋼筋銹蝕嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)削弱鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。荷載作用：橋梁在使用過(guò)程中，會(huì)承受各種荷載的作用，如車(chē)輛荷載、人群荷載、風(fēng)荷載、地震荷載等。當(dāng)這些荷載超過(guò)橋梁的設(shè)計(jì)承載能力時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形，從而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。尤其是在交通流量日益增長(zhǎng)、重型車(chē)輛頻繁通行的情況下，橋梁承受的荷載不斷增加，裂縫問(wèn)題也更加突出。橋梁在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，會(huì)受到反復(fù)荷載的作用，這會(huì)使結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生疲勞損傷，降低其強(qiáng)度和韌性。當(dāng)疲勞損傷積累到一定程度時(shí)，就會(huì)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生疲勞裂縫，并且隨著荷載循環(huán)次數(shù)的增加，裂縫會(huì)不斷擴(kuò)展。溫度變化：溫度變化是導(dǎo)致橋梁裂縫產(chǎn)生的重要因素之一?；炷辆哂袩崦浝淇s的特性，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)隨之產(chǎn)生膨脹或收縮變形。如果這種變形受到約束，就會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引發(fā)裂縫。在晝夜溫差較大的地區(qū)，橋梁結(jié)構(gòu)在白天受熱膨脹，晚上受冷收縮，反復(fù)的溫度變化會(huì)使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，從而容易導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。季節(jié)變化也會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，冬季氣溫較低，混凝土收縮較大，容易出現(xiàn)裂縫；夏季氣溫較高，混凝土的徐變變形也會(huì)增大，同樣會(huì)增加裂縫產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。施工質(zhì)量：施工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題也是導(dǎo)致橋梁裂縫產(chǎn)生的重要原因。在混凝土澆筑過(guò)程中，如果振搗不密實(shí)，會(huì)使混凝土內(nèi)部存在空隙和孔洞，降低混凝土的強(qiáng)度和整體性，從而容易引發(fā)裂縫?；炷恋酿B(yǎng)護(hù)不當(dāng)，如養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足、養(yǎng)護(hù)溫度和濕度不合適等，會(huì)導(dǎo)致混凝土的水分蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生干縮裂縫。鋼筋的布置和錨固不符合設(shè)計(jì)要求，會(huì)影響鋼筋與混凝土之間的協(xié)同工作性能，降低結(jié)構(gòu)的承載能力，也容易引發(fā)裂縫。在一些橋梁施工中，鋼筋的間距過(guò)大、錨固長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致在荷載作用下鋼筋與混凝土之間出現(xiàn)相對(duì)滑移，從而使混凝土產(chǎn)生裂縫。2.2.2變形問(wèn)題拱式組合橋梁在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)各種變形現(xiàn)象，這些變形不僅影響橋梁的外觀和使用功能，還可能對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅。橋梁的變形主要包括豎向變形、水平變形和扭轉(zhuǎn)變形等。豎向變形是指橋梁在豎向荷載作用下產(chǎn)生的下?lián)犀F(xiàn)象，這是拱式組合橋梁中較為常見(jiàn)的變形形式。在正常使用情況下，橋梁會(huì)有一定的豎向變形，但如果變形過(guò)大，就會(huì)影響行車(chē)的舒適性和安全性。當(dāng)豎向變形超過(guò)一定限度時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致橋面鋪裝層開(kāi)裂、伸縮縫損壞等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊憳蛄旱慕Y(jié)構(gòu)安全。水平變形主要表現(xiàn)為橋梁在水平方向上的位移，如拱腳的水平位移、橋墩的水平移動(dòng)等。水平變形的產(chǎn)生通常與地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)以及外部荷載的作用有關(guān)。如果地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降或承載力不足的情況，會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移。地震、風(fēng)荷載等外部荷載的作用也可能使橋梁產(chǎn)生水平變形。扭轉(zhuǎn)變形是指橋梁在受到扭矩作用時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這種變形會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)變得更加復(fù)雜。在一些特殊情況下，如車(chē)輛偏載、風(fēng)荷載的不均勻作用等，橋梁可能會(huì)受到較大的扭矩作用，從而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)變形的出現(xiàn)。扭轉(zhuǎn)變形會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)的某些部位產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力，加速結(jié)構(gòu)的損壞。導(dǎo)致橋梁變形的因素主要有以下幾個(gè)方面：地基沉降：地基沉降是引起橋梁變形的重要原因之一。如果地基土的性質(zhì)不均勻，或者在橋梁建設(shè)過(guò)程中地基處理不當(dāng)，就可能導(dǎo)致地基出現(xiàn)不均勻沉降。當(dāng)?shù)鼗l(fā)生不均勻沉降時(shí)，橋梁的基礎(chǔ)會(huì)隨之產(chǎn)生不均勻的位移，從而使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形。在軟土地基上修建的橋梁，由于軟土的壓縮性較大，在長(zhǎng)期荷載作用下容易產(chǎn)生較大的沉降，這會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。地基沉降還可能導(dǎo)致橋墩傾斜、拱腳位移等問(wèn)題，進(jìn)一步加劇橋梁的變形。結(jié)構(gòu)老化：隨著使用年限的增加，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸老化，材料性能會(huì)下降，結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度也會(huì)降低。在長(zhǎng)期的荷載作用和自然環(huán)境侵蝕下，混凝土?xí)霈F(xiàn)碳化、開(kāi)裂、剝落等現(xiàn)象，鋼筋會(huì)發(fā)生銹蝕，這些都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能下降，從而使橋梁更容易產(chǎn)生變形。一些早期建造的拱式組合橋梁，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低、施工工藝落后，在經(jīng)過(guò)多年的使用后，結(jié)構(gòu)老化問(wèn)題較為嚴(yán)重，變形現(xiàn)象也比較突出。超載：超載是導(dǎo)致橋梁變形的一個(gè)重要因素。隨著交通量的不斷增長(zhǎng)，一些橋梁面臨著越來(lái)越大的荷載壓力。如果車(chē)輛超載行駛，會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)承受的荷載超過(guò)其設(shè)計(jì)承載能力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形。長(zhǎng)期的超載作用會(huì)加速橋梁結(jié)構(gòu)的損壞，縮短橋梁的使用壽命。在一些交通繁忙的路段，由于超載車(chē)輛的頻繁通行，一些橋梁出現(xiàn)了嚴(yán)重的下?lián)献冃?，甚至出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)裂縫，對(duì)交通安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。2.2.3材料劣化問(wèn)題材料劣化是拱式組合橋梁在使用過(guò)程中面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，它會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的性能下降，影響橋梁的安全性和耐久性?；炷撂蓟腔炷敛牧狭踊囊环N常見(jiàn)現(xiàn)象?；炷林械乃嘣谒^(guò)程中會(huì)生成氫氧化鈣，使混凝土呈堿性，這種堿性環(huán)境可以保護(hù)鋼筋不被銹蝕。然而，當(dāng)空氣中的二氧化碳等酸性氣體侵入混凝土內(nèi)部時(shí)，會(huì)與氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，使混凝土的堿性降低，這就是混凝土碳化?；炷撂蓟瘯?huì)使混凝土的強(qiáng)度降低，同時(shí)也會(huì)破壞鋼筋表面的鈍化膜，使鋼筋失去保護(hù)，容易發(fā)生銹蝕。在一些工業(yè)污染嚴(yán)重的地區(qū)，空氣中的二氧化碳、二氧化硫等酸性氣體含量較高，混凝土碳化的速度會(huì)加快，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的危害也更大。鋼筋銹蝕是另一種常見(jiàn)的材料劣化現(xiàn)象。鋼筋銹蝕主要是由于鋼筋表面的保護(hù)膜被破壞，在水和氧氣的作用下發(fā)生電化學(xué)腐蝕?；炷撂蓟?、氯離子侵蝕等因素都會(huì)破壞鋼筋表面的保護(hù)膜，從而引發(fā)鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕會(huì)導(dǎo)致鋼筋的截面積減小，強(qiáng)度降低，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，對(duì)周?chē)幕炷廉a(chǎn)生擠壓作用，使混凝土出現(xiàn)裂縫、剝落等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。在一些沿海地區(qū)，由于空氣中含有大量的氯離子，橋梁結(jié)構(gòu)中的鋼筋更容易受到侵蝕，銹蝕問(wèn)題也更加嚴(yán)重。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)橋梁，鋼結(jié)構(gòu)腐蝕也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。鋼結(jié)構(gòu)在潮濕的環(huán)境中，容易與空氣中的氧氣、水分等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成鐵銹，導(dǎo)致鋼材的截面積減小，強(qiáng)度降低。鋼結(jié)構(gòu)表面的防腐涂層如果損壞或老化，也會(huì)加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。鋼結(jié)構(gòu)腐蝕不僅會(huì)影響橋梁的結(jié)構(gòu)安全，還會(huì)增加橋梁的維護(hù)成本。在一些橋梁中，由于鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施不到位，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后，鋼結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)了大面積的銹蝕，需要進(jìn)行頻繁的維修和更換。材料劣化的原因主要包括環(huán)境因素、設(shè)計(jì)與施工缺陷等。環(huán)境因素對(duì)材料劣化的影響較大，如濕度、溫度、酸堿度等。在潮濕的環(huán)境中，混凝土碳化和鋼筋銹蝕的速度會(huì)加快；在高溫環(huán)境下，混凝土的徐變變形會(huì)增大，鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕也會(huì)加??；在酸性或堿性環(huán)境中，材料更容易受到侵蝕。設(shè)計(jì)與施工缺陷也會(huì)導(dǎo)致材料劣化問(wèn)題的出現(xiàn)。如果設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料的耐久性考慮不足，選擇的材料不適合橋梁所處的環(huán)境條件，就容易導(dǎo)致材料劣化。施工過(guò)程中，如果混凝土的澆筑質(zhì)量不高、鋼筋的保護(hù)層厚度不足、鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂層施工不規(guī)范等，也會(huì)為材料劣化埋下隱患。三、基于荷載試驗(yàn)的拱式組合橋梁檢測(cè)技術(shù)3.1荷載試驗(yàn)?zāi)康呐c原理3.1.1試驗(yàn)?zāi)康暮奢d試驗(yàn)是對(duì)拱式組合橋梁進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估的重要手段，其目的具有多維度的重要性。通過(guò)荷載試驗(yàn)，能夠全面且精準(zhǔn)地評(píng)估橋梁的實(shí)際承載能力。橋梁在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，由于受到各種自然因素和交通荷載的作用，其結(jié)構(gòu)性能會(huì)逐漸發(fā)生變化。通過(guò)在試驗(yàn)中施加不同等級(jí)的荷載，測(cè)量橋梁關(guān)鍵部位的應(yīng)力、應(yīng)變和變形等數(shù)據(jù)，依據(jù)相關(guān)的結(jié)構(gòu)力學(xué)理論和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可準(zhǔn)確判斷橋梁是否能夠承受設(shè)計(jì)荷載以及當(dāng)前的實(shí)際交通荷載，從而為橋梁的安全運(yùn)營(yíng)提供可靠的依據(jù)。對(duì)于一座服役多年的拱式組合橋梁，通過(guò)荷載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其拱肋在設(shè)計(jì)荷載作用下的應(yīng)力水平接近材料的許用應(yīng)力，這表明該橋梁的承載能力已接近極限，需要及時(shí)進(jìn)行加固或采取交通管制措施。荷載試驗(yàn)還能深入了解橋梁的變形特性。在荷載作用下，橋梁會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，包括豎向變形、水平變形和扭轉(zhuǎn)變形等。通過(guò)對(duì)這些變形數(shù)據(jù)的測(cè)量和分析，可以評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的剛度是否滿(mǎn)足要求。若橋梁的變形過(guò)大，不僅會(huì)影響行車(chē)的舒適性和安全性，還可能暗示橋梁結(jié)構(gòu)存在潛在的安全隱患。如某拱式組合橋梁在荷載試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其跨中豎向變形超出了規(guī)范允許的范圍，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是由于橋墩基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的剛度下降，這就需要對(duì)橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，以恢復(fù)橋梁的正常使用性能。此外，荷載試驗(yàn)對(duì)于研究橋梁的振動(dòng)性能也具有重要意義。在實(shí)際交通運(yùn)行中，橋梁會(huì)受到車(chē)輛行駛產(chǎn)生的動(dòng)力荷載作用，從而引發(fā)振動(dòng)。通過(guò)動(dòng)載試驗(yàn)，測(cè)量橋梁的自振頻率、振型和阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)，以及在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，可以評(píng)估橋梁在振動(dòng)環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。若橋梁的自振頻率與車(chē)輛行駛產(chǎn)生的激勵(lì)頻率接近，可能會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的損壞。通過(guò)荷載試驗(yàn)，可提前發(fā)現(xiàn)這些潛在問(wèn)題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行優(yōu)化，如調(diào)整橋梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)或改善橋面的平整度，以減少振動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響。荷載試驗(yàn)的結(jié)果為后續(xù)的橋梁檢測(cè)與加固提供了關(guān)鍵依據(jù)?；谠囼?yàn)得到的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以準(zhǔn)確判斷橋梁結(jié)構(gòu)的病害類(lèi)型、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)，從而有針對(duì)性地制定檢測(cè)方案和加固措施。根據(jù)荷載試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的橋梁結(jié)構(gòu)薄弱部位和病害情況，在后續(xù)的檢測(cè)中可以重點(diǎn)關(guān)注這些區(qū)域，采用更精確的檢測(cè)方法進(jìn)行深入檢測(cè)。在制定加固方案時(shí)，也能夠根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇合適的加固材料和加固方法，確保加固后的橋梁能夠滿(mǎn)足安全使用要求，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。3.1.2試驗(yàn)原理荷載試驗(yàn)主要包括靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)，它們各自基于不同的原理來(lái)評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能。靜載試驗(yàn)的原理是在橋梁上施加靜止的荷載，模擬橋梁在實(shí)際使用過(guò)程中可能承受的各種荷載工況。這些荷載可以通過(guò)重物加載、車(chē)輛加載等方式施加到橋梁上。在加載過(guò)程中，使用應(yīng)變片、位移計(jì)等測(cè)量?jī)x器，精確測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)變和變形。通過(guò)對(duì)這些測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，可以得到橋梁在不同荷載等級(jí)下的應(yīng)力分布和變形情況，進(jìn)而評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能。當(dāng)在橋梁跨中施加集中荷載時(shí)，根據(jù)材料力學(xué)原理，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變。通過(guò)在跨中截面布置應(yīng)變片，可以測(cè)量出該截面的應(yīng)變值，再根據(jù)材料的彈性模量，利用胡克定律即可計(jì)算出該截面的應(yīng)力大小。通過(guò)測(cè)量跨中截面的豎向位移，可以了解橋梁在該荷載作用下的變形情況。將實(shí)測(cè)的應(yīng)力和變形數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，若兩者偏差在合理范圍內(nèi)，則說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能正常；若偏差較大，則可能意味著橋梁結(jié)構(gòu)存在缺陷或病害，需要進(jìn)一步分析原因。動(dòng)載試驗(yàn)的原理則是通過(guò)對(duì)橋梁施加動(dòng)力荷載，如車(chē)輛行駛、機(jī)械振動(dòng)等，使橋梁產(chǎn)生振動(dòng)響應(yīng)。在試驗(yàn)過(guò)程中，使用加速度傳感器、速度傳感器等測(cè)量?jī)x器，測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性參數(shù)，如自振頻率、振型和阻尼比等，以及在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，如動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力等。自振頻率是橋梁結(jié)構(gòu)的固有屬性，它反映了橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布情況。通過(guò)測(cè)量橋梁的自振頻率，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，可以評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。若實(shí)測(cè)自振頻率低于理論計(jì)算值，可能表明橋梁結(jié)構(gòu)的剛度下降，存在潛在的安全隱患。振型描述了橋梁結(jié)構(gòu)在振動(dòng)時(shí)各點(diǎn)的相對(duì)位移情況，不同的振型反映了橋梁結(jié)構(gòu)在不同振動(dòng)模式下的變形特征。通過(guò)測(cè)量橋梁的振型，可以了解橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形態(tài)，判斷是否存在異常振動(dòng)情況。阻尼比則是衡量橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減能力的指標(biāo)，它反映了橋梁結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中能量耗散的快慢。阻尼比越大，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰減越快，在動(dòng)力荷載作用下的穩(wěn)定性越好。通過(guò)測(cè)量橋梁的阻尼比，可以評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)在振動(dòng)環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。在動(dòng)載試驗(yàn)中，還可以通過(guò)測(cè)量橋梁在車(chē)輛行駛等動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力，了解橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際交通運(yùn)行中的受力情況和振動(dòng)響應(yīng)。這些數(shù)據(jù)對(duì)于評(píng)估橋梁的行車(chē)舒適性和安全性具有重要意義。若橋梁在車(chē)輛行駛過(guò)程中的動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞損傷，縮短橋梁的使用壽命，同時(shí)也會(huì)影響行車(chē)的舒適性和安全性。3.2荷載試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)3.2.1試驗(yàn)工況選擇試驗(yàn)工況的選擇對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估拱式組合橋梁的結(jié)構(gòu)性能至關(guān)重要，需緊密結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和病害情況進(jìn)行精心確定。對(duì)于拱式組合橋梁，拱頂和拱腳是其關(guān)鍵受力部位，在不同工況下，這些部位的受力情況會(huì)發(fā)生顯著變化。因此，設(shè)計(jì)了拱頂最大正彎矩工況，通過(guò)在拱頂位置施加集中荷載，使拱頂截面承受最大正彎矩，以檢驗(yàn)拱頂部位的承載能力和結(jié)構(gòu)性能。在該工況下，主要關(guān)注拱頂截面的應(yīng)力分布和變形情況，通過(guò)測(cè)量應(yīng)變和位移，判斷拱頂部位是否存在裂縫擴(kuò)展、混凝土壓碎等病害。同時(shí)，設(shè)計(jì)拱腳最大負(fù)彎矩工況，在拱腳處施加合適的荷載，使拱腳截面產(chǎn)生最大負(fù)彎矩，以此考察拱腳部位在負(fù)彎矩作用下的受力性能。在實(shí)際工程中，某拱式組合橋梁在進(jìn)行拱腳最大負(fù)彎矩工況試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)拱腳處出現(xiàn)了新的裂縫，經(jīng)分析是由于拱腳部位的配筋不足，在負(fù)彎矩作用下混凝土抗拉強(qiáng)度不足導(dǎo)致的?？紤]到橋梁在實(shí)際使用過(guò)程中可能承受不同位置的荷載，設(shè)計(jì)了不同位置加載工況。例如，在L/4跨處加載，使L/4跨截面承受較大的彎矩和剪力，檢驗(yàn)該部位的結(jié)構(gòu)性能。在進(jìn)行L/4跨加載工況試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量L/4跨截面的應(yīng)力和變形，分析該部位的受力特點(diǎn)和病害發(fā)展情況。同時(shí)，還考慮了偏載工況，模擬車(chē)輛在橋梁一側(cè)行駛時(shí)的荷載情況，考察橋梁在偏載作用下的整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在某橋梁的偏載工況試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)橋梁在偏載作用下，一側(cè)的拱肋應(yīng)力明顯增大，另一側(cè)的拱肋應(yīng)力相對(duì)減小，說(shuō)明橋梁在偏載作用下的受力不均勻，需要進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。為了全面評(píng)估橋梁在不同荷載等級(jí)下的性能，設(shè)置了不同荷載等級(jí)加載工況。按照設(shè)計(jì)荷載的一定比例，如50%、75%、100%、120%等，逐級(jí)施加荷載，測(cè)量橋梁在不同荷載等級(jí)下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等參數(shù)。通過(guò)對(duì)不同荷載等級(jí)下數(shù)據(jù)的分析，繪制荷載-響應(yīng)曲線(xiàn)，了解橋梁結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性性能和承載能力儲(chǔ)備。當(dāng)荷載等級(jí)達(dá)到120%時(shí)，橋梁的變形和應(yīng)力增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯加快，說(shuō)明橋梁的承載能力已接近極限，需要及時(shí)采取加固措施。不同試驗(yàn)工況之間存在著相互關(guān)聯(lián)和影響。例如，拱頂最大正彎矩工況和拱腳最大負(fù)彎矩工況的試驗(yàn)結(jié)果，會(huì)影響對(duì)橋梁整體受力性能的評(píng)估。在偏載工況下，橋梁的整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)響應(yīng)會(huì)對(duì)其他工況下的試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中，需要綜合考慮不同工況之間的關(guān)系，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，以準(zhǔn)確評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能。3.2.2測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)布置是荷載試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在拱式組合橋梁的關(guān)鍵部位合理設(shè)置應(yīng)變片、位移傳感器、加速度傳感器等測(cè)點(diǎn)，能夠有效采集橋梁在荷載作用下的各種響應(yīng)數(shù)據(jù)，為評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)性能提供有力依據(jù)。在拱肋上，選擇拱頂、L/4跨、拱腳等部位布置應(yīng)變片，這些部位是拱肋受力的關(guān)鍵截面。在拱頂布置應(yīng)變片，可測(cè)量拱頂截面在不同荷載工況下的正應(yīng)力，判斷拱頂部位是否存在混凝土開(kāi)裂、鋼筋屈服等問(wèn)題。在L/4跨布置應(yīng)變片，能測(cè)量該截面在荷載作用下的彎矩和剪力產(chǎn)生的應(yīng)力，分析L/4跨部位的受力情況。在拱腳布置應(yīng)變片，可監(jiān)測(cè)拱腳截面在承受拱的推力和彎矩作用下的應(yīng)力狀態(tài)，評(píng)估拱腳部位的穩(wěn)定性。在某拱式組合橋梁的荷載試驗(yàn)中，通過(guò)在拱肋關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片，發(fā)現(xiàn)拱腳處的應(yīng)變值在設(shè)計(jì)荷載作用下接近混凝土的極限應(yīng)變，表明拱腳部位存在較大的安全隱患。在吊桿上，選擇吊桿的中部和兩端布置應(yīng)變片，測(cè)量吊桿在承受拉力時(shí)的應(yīng)力變化。通過(guò)監(jiān)測(cè)吊桿的應(yīng)力，可判斷吊桿是否存在銹蝕、疲勞等問(wèn)題，評(píng)估吊桿的承載能力。在系桿上，布置應(yīng)變片測(cè)量系桿在承受拱的水平推力時(shí)的應(yīng)力，確保系桿的工作性能正常。為了測(cè)量橋梁的豎向位移和水平位移，在拱頂、L/4跨、橋墩頂部等部位布置位移傳感器。在拱頂布置位移傳感器，可測(cè)量拱頂在荷載作用下的豎向位移，評(píng)估拱頂?shù)淖冃吻闆r。在L/4跨布置位移傳感器，能測(cè)量該部位的豎向位移和水平位移，分析L/4跨部位的變形特征。在橋墩頂部布置位移傳感器，可監(jiān)測(cè)橋墩在荷載作用下的水平位移，判斷橋墩的穩(wěn)定性。在某橋梁的荷載試驗(yàn)中，通過(guò)在橋墩頂部布置位移傳感器，發(fā)現(xiàn)橋墩在重載作用下出現(xiàn)了較大的水平位移，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是由于橋墩基礎(chǔ)松動(dòng)導(dǎo)致的。對(duì)于動(dòng)載試驗(yàn)，在橋梁的關(guān)鍵部位布置加速度傳感器，測(cè)量橋梁在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)分析加速度數(shù)據(jù)，可獲取橋梁的自振頻率、振型和阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)，評(píng)估橋梁在振動(dòng)環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。在橋面布置加速度傳感器，可測(cè)量車(chē)輛行駛引起的橋面振動(dòng)加速度，評(píng)估行車(chē)舒適性。在某橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，通過(guò)在橋面布置加速度傳感器，發(fā)現(xiàn)車(chē)輛行駛時(shí)橋面的振動(dòng)加速度較大，影響了行車(chē)舒適性，經(jīng)分析是由于橋面鋪裝不平整導(dǎo)致的。在布置測(cè)點(diǎn)時(shí)，充分考慮了測(cè)點(diǎn)的代表性和有效性。確保每個(gè)測(cè)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反映所在部位的受力和變形情況，避免測(cè)點(diǎn)布置過(guò)于密集或稀疏。同時(shí)，還考慮了測(cè)點(diǎn)的安裝和保護(hù)，選擇合適的安裝位置和方法，確保測(cè)點(diǎn)在試驗(yàn)過(guò)程中不受損壞，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。3.2.3加載設(shè)備與加載方法加載設(shè)備和加載方法的選擇直接影響荷載試驗(yàn)的效果和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在拱式組合橋梁荷載試驗(yàn)中，常用的加載設(shè)備包括重物、千斤頂、車(chē)輛等，這些設(shè)備各有其特點(diǎn)和適用范圍，需根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蜆蛄簩?shí)際情況進(jìn)行合理選擇。重物加載是一種較為簡(jiǎn)單直接的加載方式，通常采用沙袋、鐵塊等重物。通過(guò)在橋梁上堆放重物來(lái)施加荷載，這種方法加載過(guò)程較為平穩(wěn)，荷載大小易于控制，適用于對(duì)加載精度要求較高的試驗(yàn)。在某小型拱式組合橋梁的荷載試驗(yàn)中，采用沙袋進(jìn)行加載，通過(guò)逐漸增加沙袋的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁的分級(jí)加載，取得了較好的試驗(yàn)效果。千斤頂加載則利用液壓千斤頂?shù)捻斏?lái)施加荷載，可精確控制加載的大小和速度。在進(jìn)行橋梁的局部加載或?qū)虞d點(diǎn)位置有特殊要求時(shí)，千斤頂加載具有較大的優(yōu)勢(shì)。在對(duì)拱式組合橋梁的拱腳部位進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)，采用千斤頂加載，能夠準(zhǔn)確地在拱腳處施加所需的荷載，便于測(cè)量拱腳部位的應(yīng)力和變形。車(chē)輛加載是模擬橋梁實(shí)際受力情況的一種常用加載方式，使用不同載重的車(chē)輛按照一定的排列方式和行駛速度在橋上行駛，從而對(duì)橋梁施加動(dòng)力荷載。這種方法能夠真實(shí)地反映橋梁在實(shí)際交通荷載作用下的受力狀態(tài)，適用于動(dòng)載試驗(yàn)和對(duì)橋梁整體性能的評(píng)估。在某大型拱式組合橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，組織多輛載重卡車(chē)按照預(yù)定的速度和間距在橋上行駛，通過(guò)測(cè)量橋梁的振動(dòng)響應(yīng)，評(píng)估了橋梁在實(shí)際交通荷載下的動(dòng)力性能。加載方法方面，分級(jí)加載是一種常用的加載策略。將試驗(yàn)荷載分為若干級(jí)，逐級(jí)增加荷載大小，每級(jí)荷載施加后保持一定時(shí)間，待結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種方法可以使橋梁結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中逐步適應(yīng)荷載變化，避免因荷載突變而對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷，同時(shí)也便于觀察和分析結(jié)構(gòu)在不同荷載階段的響應(yīng)情況。一般將試驗(yàn)荷載分為5-7級(jí)，如先施加20%設(shè)計(jì)荷載，觀察橋梁結(jié)構(gòu)的初始反應(yīng)；然后依次增加到40%、60%、80%、100%設(shè)計(jì)荷載，分別采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)；如有需要，還可繼續(xù)增加到120%設(shè)計(jì)荷載，進(jìn)一步檢驗(yàn)橋梁的承載能力儲(chǔ)備。對(duì)稱(chēng)加載也是一種重要的加載方法，對(duì)于拱式組合橋梁這種對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，采用對(duì)稱(chēng)加載可以保證橋梁結(jié)構(gòu)在加載過(guò)程中的受力均衡，避免因不對(duì)稱(chēng)加載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)或偏心受力等不利情況。在進(jìn)行橋梁的靜載試驗(yàn)時(shí)，將加載車(chē)輛或重物對(duì)稱(chēng)布置在橋梁的兩側(cè)，使橋梁在加載過(guò)程中保持對(duì)稱(chēng)受力狀態(tài)，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)性能。在加載過(guò)程中，嚴(yán)格按照加載方案和操作規(guī)程進(jìn)行操作，確保加載過(guò)程的安全和穩(wěn)定。同時(shí)，密切關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即停止加載并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，以保障試驗(yàn)的順利進(jìn)行和人員、設(shè)備的安全。3.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析3.3.1數(shù)據(jù)采集在荷載試驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集是獲取橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。利用高精度的應(yīng)變儀對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在拱肋、系桿、吊桿等構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)上，精確粘貼電阻應(yīng)變片，將其與應(yīng)變儀連接，形成完整的應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。應(yīng)變儀能夠?qū)?yīng)變片感受到的微小電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并進(jìn)行放大、濾波等處理，最終輸出準(zhǔn)確的應(yīng)變數(shù)據(jù)。在某拱式組合橋梁的荷載試驗(yàn)中，通過(guò)應(yīng)變儀采集到拱肋在不同荷載工況下的應(yīng)變數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)拱腳處的應(yīng)變值在設(shè)計(jì)荷載作用下接近材料的允許應(yīng)變值，這為后續(xù)的結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估提供了重要依據(jù)。位移計(jì)則用于測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移變化。在拱頂、L/4跨、橋墩頂部等關(guān)鍵部位安裝位移計(jì)，采用百分表、電子位移計(jì)等不同類(lèi)型的位移測(cè)量?jī)x器，根據(jù)測(cè)點(diǎn)的位置和測(cè)量要求進(jìn)行合理選擇。這些位移計(jì)能夠精確測(cè)量橋梁在豎向、水平方向的位移，通過(guò)與基準(zhǔn)點(diǎn)的對(duì)比，實(shí)時(shí)記錄位移數(shù)據(jù)。在進(jìn)行橋梁豎向位移測(cè)量時(shí)，將位移計(jì)安裝在拱頂位置，通過(guò)測(cè)量拱頂在荷載逐級(jí)增加過(guò)程中的豎向位移，繪制出荷載-位移曲線(xiàn)，直觀地反映出橋梁在不同荷載下的變形情況。動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀在動(dòng)載試驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用，用于采集橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)信號(hào)。將加速度傳感器、速度傳感器等布置在橋梁的關(guān)鍵部位，如橋面、拱肋、吊桿等，這些傳感器能夠靈敏地捕捉到橋梁在車(chē)輛行駛、振動(dòng)激勵(lì)等動(dòng)力荷載作用下的加速度、速度等動(dòng)態(tài)信號(hào)。動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀以高速率對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集、數(shù)字化處理，并存儲(chǔ)下來(lái)，為后續(xù)的動(dòng)力特性分析提供原始數(shù)據(jù)。在某橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，通過(guò)動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀采集到橋梁在車(chē)輛以不同速度行駛時(shí)的加速度信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析得到了橋梁的自振頻率、阻尼比等動(dòng)力特性參數(shù)，評(píng)估了橋梁在振動(dòng)環(huán)境下的穩(wěn)定性。為了確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，在試驗(yàn)前對(duì)所有測(cè)量?jī)x器進(jìn)行了嚴(yán)格的校準(zhǔn)和標(biāo)定，確保儀器的測(cè)量精度滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。在試驗(yàn)過(guò)程中，安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集過(guò)程，及時(shí)處理異常數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和有效性。同時(shí)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，防止數(shù)據(jù)丟失。3.3.2數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)處理是對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、清洗和初步分析的過(guò)程，旨在去除噪聲、異常值等干擾因素，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。采用濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，去除高頻噪聲和低頻漂移等干擾信號(hào)。對(duì)于應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過(guò)零漂修正、溫度補(bǔ)償?shù)确椒ǎ捎诃h(huán)境溫度變化、儀器零點(diǎn)漂移等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，確保應(yīng)變數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在處理位移數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)測(cè)量過(guò)程中可能出現(xiàn)的誤差進(jìn)行修正，如由于測(cè)量?jī)x器安裝不精確、測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)變動(dòng)等原因?qū)е碌恼`差，通過(guò)多次測(cè)量、對(duì)比分析等方法進(jìn)行校正，提高位移數(shù)據(jù)的精度。統(tǒng)計(jì)分析方法用于對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述和特征提取，以了解數(shù)據(jù)的分布規(guī)律和集中趨勢(shì)。計(jì)算數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值等統(tǒng)計(jì)量，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)計(jì)算拱肋在各荷載工況下應(yīng)變數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，可以了解拱肋應(yīng)變的平均水平和離散程度，評(píng)估拱肋受力的均勻性。還可以采用直方圖、概率密度函數(shù)等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析，直觀地展示數(shù)據(jù)的分布特征，為進(jìn)一步的分析提供依據(jù)。對(duì)比分析是將試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)規(guī)范要求值進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。將拱肋在荷載試驗(yàn)中的實(shí)測(cè)應(yīng)變值與理論計(jì)算應(yīng)變值進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)測(cè)值與理論值偏差在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能與設(shè)計(jì)預(yù)期相符；若偏差較大，則需要深入分析原因，判斷是否存在結(jié)構(gòu)病害或設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。將橋梁的變形數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的允許變形值進(jìn)行對(duì)比，判斷橋梁的剛度是否滿(mǎn)足要求。在某橋梁的荷載試驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)橋梁跨中實(shí)測(cè)豎向位移超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)范允許值，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)是由于橋墩基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)剛度下降，需要對(duì)橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。相關(guān)性分析用于研究不同變量之間的相互關(guān)系，找出影響橋梁結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵因素。分析橋梁的應(yīng)力、應(yīng)變與荷載大小之間的相關(guān)性，確定荷載-響應(yīng)關(guān)系的線(xiàn)性或非線(xiàn)性特征。通過(guò)相關(guān)性分析，可以了解橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為結(jié)構(gòu)性能評(píng)估和病害診斷提供依據(jù)。研究橋梁的動(dòng)力特性參數(shù)（如自振頻率、阻尼比）與結(jié)構(gòu)損傷之間的相關(guān)性，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害或損傷時(shí)，其動(dòng)力特性參數(shù)往往會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)相關(guān)性分析可以建立動(dòng)力特性參數(shù)與結(jié)構(gòu)損傷之間的關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害的早期診斷和預(yù)警。通過(guò)綜合運(yùn)用上述數(shù)據(jù)分析方法，能夠全面、深入地挖掘荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的信息，準(zhǔn)確評(píng)估拱式組合橋梁的結(jié)構(gòu)性能，為橋梁的安全評(píng)價(jià)和加固決策提供科學(xué)依據(jù)。四、拱式組合橋梁加固技術(shù)與方案設(shè)計(jì)4.1加固技術(shù)概述在橋梁工程領(lǐng)域，針對(duì)拱式組合橋梁出現(xiàn)的各種病害，有多種行之有效的加固技術(shù)。增大截面加固法是較為常用的一種，通過(guò)增加橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積，達(dá)到提高其承載能力和剛度的目的。以某鋼筋混凝土拱式組合橋梁的拱肋加固為例，在拱肋底部和側(cè)面澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，新增混凝土與原拱肋形成整體共同受力。這不僅增加了拱肋的截面積，還提高了其慣性矩，從而有效增強(qiáng)了拱肋的抗彎和抗壓能力，使得拱肋在承受荷載時(shí)更加穩(wěn)定。這種方法施工工藝相對(duì)成熟，材料來(lái)源廣泛，成本相對(duì)較低。然而，增大截面加固法也存在一些局限性，比如會(huì)增加結(jié)構(gòu)的自重，可能對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生更大的壓力，需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算和加固；施工過(guò)程中需要較大的作業(yè)空間，可能會(huì)對(duì)橋下交通或周邊環(huán)境造成一定影響。粘貼加固法利用粘結(jié)材料將鋼板、碳纖維布等高強(qiáng)度材料粘貼在橋梁結(jié)構(gòu)表面，與原結(jié)構(gòu)協(xié)同受力，提高結(jié)構(gòu)的承載能力。在某拱式組合橋梁的加固工程中，在拱肋表面粘貼碳纖維布，利用碳纖維布的高強(qiáng)度特性，有效提高了拱肋的抗拉強(qiáng)度，抑制了裂縫的擴(kuò)展，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。粘貼鋼板加固法在提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪能力方面效果顯著。這種方法施工簡(jiǎn)便，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷較小，能在不顯著增加結(jié)構(gòu)自重的情況下提高結(jié)構(gòu)性能。但粘貼加固法對(duì)粘結(jié)材料的性能要求較高，粘結(jié)質(zhì)量直接影響加固效果；同時(shí)，粘貼的材料在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)剝離、老化等問(wèn)題，需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)。體外預(yù)應(yīng)力加固法通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)外部施加預(yù)應(yīng)力，改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，提高其承載能力和抗裂性能。在某大跨度拱式組合橋梁的加固中，在拱肋下方設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力鋼束，通過(guò)張拉鋼束對(duì)拱肋施加預(yù)應(yīng)力，抵消部分荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使拱肋處于更有利的受力狀態(tài)。這種方法可以顯著提高橋梁的承載能力，減小結(jié)構(gòu)變形，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的耐久性也有積極作用。而且體外預(yù)應(yīng)力鋼束便于檢查和更換，可維護(hù)性較好。不過(guò)，體外預(yù)應(yīng)力加固法施工工藝較為復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的施工設(shè)備和技術(shù)人員；預(yù)應(yīng)力的施加需要精確控制，否則可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力不均，影響加固效果。改變結(jié)構(gòu)體系加固法通過(guò)改變橋梁的結(jié)構(gòu)體系，調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，減輕原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的負(fù)擔(dān)，從而達(dá)到加固的目的。將簡(jiǎn)支拱式組合橋梁改造為連續(xù)拱式組合橋梁，增加中間支撐，減小了拱肋的跨徑，降低了拱肋的彎矩和剪力，提高了橋梁的整體穩(wěn)定性。這種方法能夠從根本上改善橋梁的受力性能，加固效果顯著。但改變結(jié)構(gòu)體系加固法通常需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大的改動(dòng)，施工難度較大，對(duì)結(jié)構(gòu)的原設(shè)計(jì)和受力情況需要進(jìn)行深入的分析和研究，同時(shí)還需要考慮施工過(guò)程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支撐和保護(hù)措施。4.2加固方案設(shè)計(jì)原則與流程4.2.1設(shè)計(jì)原則在進(jìn)行拱式組合橋梁加固方案設(shè)計(jì)時(shí)，安全性原則始終是首要考量因素。橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其安全性直接關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，加固方案必須確保橋梁在加固后能夠承受設(shè)計(jì)荷載以及可能出現(xiàn)的各種偶然荷載，具備足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，如拱肋、系桿、吊桿等，進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)分析和計(jì)算，準(zhǔn)確評(píng)估其承載能力和受力狀態(tài)。根據(jù)分析結(jié)果，合理選擇加固材料和加固方式，使加固后的結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，避免在使用過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)等安全事故?？煽啃栽瓌t也是加固方案設(shè)計(jì)的重要原則之一。加固后的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的可靠性，能夠在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)穩(wěn)定、可靠地工作。這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各種不確定因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，如材料性能的變異性、施工質(zhì)量的不確定性、環(huán)境因素的長(zhǎng)期作用等。通過(guò)采用合理的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析和評(píng)估，確定合理的安全儲(chǔ)備，確保橋梁結(jié)構(gòu)在各種不利情況下仍能保持其正常的使用功能。在確定加固材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，考慮材料性能的離散性，采用適當(dāng)?shù)姆猪?xiàng)系數(shù)進(jìn)行折減，以提高結(jié)構(gòu)的可靠性。同時(shí)，對(duì)加固施工過(guò)程中的質(zhì)量控制提出嚴(yán)格要求，確保施工質(zhì)量的可靠性，從而保證加固后的橋梁結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性。經(jīng)濟(jì)性原則要求在保證橋梁安全和可靠性的前提下，盡可能降低加固成本。在設(shè)計(jì)加固方案時(shí)，對(duì)不同的加固方法和材料進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合考慮材料費(fèi)用、施工費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等因素，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的方案。對(duì)于一些病害較輕的部位，可以采用較為簡(jiǎn)單、成本較低的加固方法，如粘貼碳纖維布加固；而對(duì)于病害嚴(yán)重的部位，則在確保加固效果的前提下，選擇性?xún)r(jià)比高的加固方案。在材料選擇上，優(yōu)先選用性能優(yōu)良、價(jià)格合理的材料，避免過(guò)度追求高性能材料而導(dǎo)致成本過(guò)高。同時(shí)，合理安排施工進(jìn)度，提高施工效率，減少施工過(guò)程中的資源浪費(fèi)，以降低施工成本。耐久性原則旨在延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，減少后期維護(hù)和修復(fù)的成本。在加固方案設(shè)計(jì)中，充分考慮橋梁所處的環(huán)境條件，如氣候條件、地質(zhì)條件、交通荷載等，選擇具有良好耐久性的加固材料和防護(hù)措施。對(duì)于處于潮濕環(huán)境或易受腐蝕的部位，選用耐腐蝕的鋼材或?qū)︿摬倪M(jìn)行防腐處理，如涂刷防腐漆、采用鍍鋅鋼材等；對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，提高混凝土的抗?jié)B性和抗碳化能力，如增加混凝土的保護(hù)層厚度、使用高性能混凝土等。還應(yīng)考慮加固材料與原結(jié)構(gòu)材料的相容性，避免因材料之間的化學(xué)反應(yīng)而影響結(jié)構(gòu)的耐久性?？墒┕ば栽瓌t確保加固方案在實(shí)際施工過(guò)程中具有可行性和可操作性。設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的條件和施工設(shè)備的能力，避免提出過(guò)于復(fù)雜或難以實(shí)現(xiàn)的施工要求。在選擇加固方法和施工工藝時(shí)，優(yōu)先選用成熟、可靠的技術(shù)，確保施工過(guò)程的安全和質(zhì)量。對(duì)于一些需要大型施工設(shè)備或特殊施工技術(shù)的加固方案，要充分評(píng)估施工現(xiàn)場(chǎng)是否具備相應(yīng)的條件，如場(chǎng)地空間是否足夠、施工設(shè)備能否進(jìn)場(chǎng)等。在施工順序的安排上，要合理規(guī)劃，避免施工過(guò)程中對(duì)原結(jié)構(gòu)造成過(guò)大的影響，確保施工過(guò)程的順利進(jìn)行。適用性原則要求加固后的橋梁能夠滿(mǎn)足當(dāng)前和未來(lái)的使用需求。隨著交通量的增長(zhǎng)和交通方式的變化，橋梁的使用功能也可能會(huì)發(fā)生改變。因此，在加固方案設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮未來(lái)交通發(fā)展的趨勢(shì)，預(yù)留一定的發(fā)展空間。對(duì)于一些可能需要拓寬或改造的橋梁，在加固設(shè)計(jì)中要考慮到未來(lái)施工的便利性和可行性，避免因加固而給后續(xù)的改造帶來(lái)困難。在滿(mǎn)足交通功能的前提下，還要考慮橋梁的美觀性和與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，使加固后的橋梁能夠融入周?chē)沫h(huán)境，不影響城市的整體形象。4.2.2設(shè)計(jì)流程加固方案設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程，其流程主要包括病害診斷、方案制定、計(jì)算分析、方案比選和最終確定等關(guān)鍵步驟。病害診斷是加固方案設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，通過(guò)全面細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)合橋梁的設(shè)計(jì)資料和使用歷史，準(zhǔn)確判斷橋梁結(jié)構(gòu)的病害類(lèi)型、程度和分布情況。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，如超聲檢測(cè)、雷達(dá)檢測(cè)等，對(duì)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，確定混凝土內(nèi)部是否存在缺陷、鋼筋是否銹蝕等問(wèn)題。通過(guò)外觀檢查，觀察橋梁表面是否有裂縫、剝落、變形等病害，并測(cè)量裂縫的寬度、長(zhǎng)度和深度等參數(shù)。對(duì)橋梁的變形進(jìn)行測(cè)量，包括豎向變形、水平變形和扭轉(zhuǎn)變形等，了解橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在完成病害診斷后，根據(jù)病害情況和橋梁的使用要求，制定多個(gè)可行的加固方案。針對(duì)不同的病害類(lèi)型，選擇相應(yīng)的加固技術(shù)，如對(duì)于裂縫問(wèn)題，可采用壓力灌漿、粘貼碳纖維布等方法進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于變形問(wèn)題，可采用增設(shè)支撐、體外預(yù)應(yīng)力等方法進(jìn)行加固；對(duì)于材料劣化問(wèn)題，可采用更換材料、表面防護(hù)等方法進(jìn)行處理。在制定方案時(shí)，充分考慮各種因素，如加固效果、施工難度、經(jīng)濟(jì)性等，確保每個(gè)方案都具有一定的可行性和合理性。對(duì)制定的加固方案進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，是評(píng)估方案可行性和有效性的重要手段。運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等相關(guān)理論，結(jié)合有限元分析軟件，對(duì)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能分析。計(jì)算橋梁在各種荷載工況下的應(yīng)力、應(yīng)變和變形等參數(shù)，評(píng)估加固方案對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力、剛度和穩(wěn)定性的提升效果。在計(jì)算過(guò)程中，考慮加固材料與原結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作性能，以及施工過(guò)程中可能對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。通過(guò)有限元分析軟件，模擬不同加固方案下橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對(duì)比分析各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為方案比選提供數(shù)據(jù)支持。在完成計(jì)算分析后，對(duì)多個(gè)加固方案進(jìn)行全面的比選。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等多個(gè)角度對(duì)方案進(jìn)行綜合評(píng)估，權(quán)衡各方案的利弊。在技術(shù)方面，比較各方案對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能的改善效果，如承載能力的提高程度、剛度的增強(qiáng)效果、穩(wěn)定性的提升情況等；在經(jīng)濟(jì)方面，分析各方案的成本，包括材料費(fèi)用、施工費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等；在施工方面，考慮各方案的施工難度、施工工期、對(duì)交通的影響等因素。通過(guò)綜合比選，篩選出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的方案作為推薦方案。根據(jù)比選結(jié)果，最終確定最佳的加固方案。在確定方案時(shí)，充分考慮各方的意見(jiàn)和建議，如業(yè)主的需求、設(shè)計(jì)單位的專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)、施工單位的實(shí)際施工能力等。對(duì)推薦方案進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善，確保方案的科學(xué)性和合理性。在方案確定后，編制詳細(xì)的加固設(shè)計(jì)文件，包括設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書(shū)、施工說(shuō)明等，為后續(xù)的加固施工提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)依據(jù)。4.3針對(duì)不同病害的加固方案設(shè)計(jì)實(shí)例4.3.1裂縫加固方案以某鋼筋混凝土拱式組合橋梁為例，該橋拱肋出現(xiàn)了多條裂縫，部分裂縫寬度超過(guò)了規(guī)范允許值，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。經(jīng)檢測(cè)分析，裂縫產(chǎn)生的主要原因是長(zhǎng)期承受重載交通和溫度變化的影響。針對(duì)這一情況，采用了壓力灌漿和粘貼碳纖維布相結(jié)合的加固方案。首先，對(duì)裂縫進(jìn)行壓力灌漿處理。對(duì)于寬度大于0.15mm的裂縫，采用化學(xué)壓力灌漿法。施工時(shí)，先用鋼絲刷、角磨機(jī)等工具清除裂縫表面的灰塵、浮渣和松散層，然后用壓力空氣將裂縫中的混凝土碎屑、粉塵清理干凈，再用棉紗蘸丙酮溶液將沿縫兩側(cè)各5cm寬范圍內(nèi)擦洗并保持干凈。沿裂縫方向騎縫埋設(shè)灌漿咀，當(dāng)一個(gè)灌漿咀灌漿時(shí)，其他灌漿咀可當(dāng)排氣咀用。將裂縫用封縫膠封閉，確保密封嚴(yán)實(shí)。待封縫膠固化后，沿縫涂抹一層皂液，從灌漿咀通入壓縮空氣，若無(wú)氣泡冒出，則表示封縫效果良好。灌漿前接通管路打開(kāi)所有灌漿咀閥門(mén)，再次用壓縮空氣將管道及裂縫吹掃一遍，將灌漿機(jī)具進(jìn)行檢查并調(diào)試。根據(jù)裂縫的區(qū)域大小，可采用單孔或分區(qū)群孔灌漿，在一條縫上灌漿可由一端到另一端。灌漿壓力控制在0.2-0.4MPa，壓力應(yīng)逐漸增高，不得驟然增壓，達(dá)到規(guī)定壓力后應(yīng)穩(wěn)壓2分鐘再關(guān)閉壓漿咀，以保證灌漿質(zhì)量。待裂縫漿液達(dá)到初凝不外流時(shí)，拆下灌漿咀等設(shè)施，再用封縫膠把灌漿咀處抹平封口，完成灌漿工藝。通過(guò)壓力灌漿，能夠填充裂縫，恢復(fù)混凝土的整體性，提高結(jié)構(gòu)的抗裂能力。對(duì)于寬度小于0.15mm的裂縫，采用封縫膠進(jìn)行封閉處理。用角磨機(jī)清理裂縫周?chē)砻?，然后采用空壓機(jī)吹掉灰塵，再用棉絲蘸丙酮擦洗裂縫表面，待干燥后用膩?zhàn)隅P涂抹封縫膠。在完成壓力灌漿后，對(duì)拱肋裂縫處粘貼碳纖維布進(jìn)一步加固。先對(duì)粘貼部位的混凝土表面進(jìn)行處理，用砂紙打磨平整，去除表面的油污、浮漿等雜質(zhì)，使表面平整粗糙，以增強(qiáng)碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)力。根據(jù)裂縫的長(zhǎng)度和寬度，裁剪合適尺寸的碳纖維布，將碳纖維布表面擦拭干凈，確保無(wú)灰塵和雜質(zhì)。按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的要求，調(diào)配粘結(jié)膠，將粘結(jié)膠均勻地涂抹在混凝土表面和碳纖維布上，然后將碳纖維布粘貼在裂縫處，用滾筒反復(fù)滾壓，排出氣泡，使碳纖維布與混凝土緊密粘結(jié)，確保粘結(jié)質(zhì)量。粘貼完成后，在碳纖維布表面涂抹一層防護(hù)膠，防止碳纖維布受到外界環(huán)境的侵蝕。通過(guò)采用壓力灌漿和粘貼碳纖維布相結(jié)合的加固方案，有效地修復(fù)了拱肋裂縫，提高了拱肋的承載能力和抗裂性能。加固后，對(duì)橋梁進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，結(jié)果表明，拱肋在荷載作用下的應(yīng)力和應(yīng)變明顯減小，裂縫未再出現(xiàn)擴(kuò)展，加固效果顯著。4.3.2變形加固方案某拱式組合橋梁由于地基沉降和長(zhǎng)期超載等原因，出現(xiàn)了較大的豎向變形，跨中部位下?lián)厦黠@，影響了橋梁的正常使用和結(jié)構(gòu)安全。經(jīng)檢測(cè)評(píng)估，決定采用增設(shè)支撐和體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的加固方案。在橋梁跨中增設(shè)臨時(shí)支撐，采用鋼管支撐作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變形情況，合理確定支撐的位置和數(shù)量，在跨中兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置支撐點(diǎn)，每個(gè)支撐點(diǎn)布置多根鋼管支撐，以確保支撐的穩(wěn)定性和承載能力。鋼管支撐的頂部與橋梁底部緊密接觸，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐的高度，使支撐能夠均勻地承受橋梁的部分荷載，減小橋梁跨中的彎矩和變形。臨時(shí)支撐設(shè)置完成后，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載，減輕橋梁的荷載壓力，為后續(xù)的加固施工創(chuàng)造條件。在增設(shè)臨時(shí)支撐的基礎(chǔ)上，采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。在拱肋下方布置體外預(yù)應(yīng)力鋼束，根據(jù)橋梁的受力情況和變形要求，合理確定鋼束的布置形式和張拉控制應(yīng)力。在拱腳和跨中位置設(shè)置轉(zhuǎn)向塊和錨固裝置，確保鋼束的張拉和錨固可靠。施工時(shí)，先安裝體外預(yù)應(yīng)力鋼束，將鋼束穿入轉(zhuǎn)向塊和錨固裝置中，然后使用張拉設(shè)備對(duì)鋼束進(jìn)行張拉。在張拉過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制張拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)量，采用雙控法進(jìn)行張拉，即同時(shí)控制張拉應(yīng)力和鋼束的伸長(zhǎng)量，確保張拉質(zhì)量。當(dāng)張拉應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值后，及時(shí)進(jìn)行錨固，將鋼束固定在錨固裝置上。通過(guò)增設(shè)支撐和體外預(yù)應(yīng)力加固后，橋梁的豎向變形得到了有效控制，跨中下?lián)犀F(xiàn)象明顯改善。加固后再次進(jìn)行荷載試驗(yàn)，結(jié)果顯示，橋梁在設(shè)計(jì)荷載作用下的豎向位移顯著減小，結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力得到了大幅提高，滿(mǎn)足了橋梁的正常使用要求。4.3.3材料劣化加固方案某鋼管混凝土拱式組合橋梁，由于長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，鋼管表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的銹蝕，部分區(qū)域的銹蝕深度較大，影響了鋼管的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)，混凝土也存在碳化現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土的堿性降低，鋼筋的防銹能力下降。針對(duì)這些材料劣化問(wèn)題，采取了一系列加固措施。對(duì)于鋼管銹蝕問(wèn)題，首先對(duì)銹蝕部位進(jìn)行清理。采用人工打磨和機(jī)械除銹相結(jié)合的方法，將鋼管表面的鐵銹、氧化皮等雜質(zhì)徹底清除干凈，露出金屬光澤。對(duì)于銹蝕深度較淺的部位，打磨后直接進(jìn)行防腐處理；對(duì)于銹蝕深度較大的部位，先進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，再進(jìn)行打磨和防腐處理。補(bǔ)焊時(shí)，選用與鋼管材質(zhì)相匹配的焊條，按照焊接工藝要求進(jìn)行操作，確保焊接質(zhì)量。在完成除銹和補(bǔ)焊后，對(duì)鋼管表面進(jìn)行防腐涂裝。采用多道防腐涂層的方式，提高鋼管的防腐性能。首先，在鋼管表面涂刷一層防銹底漆，底漆具有良好的防銹性能和附著力，能夠有效地防止鋼管再次銹蝕。底漆干燥后，涂刷中間漆，中間漆起到增加涂層厚度和提高防腐性能的作用。最后，涂刷面漆，面漆具有良好的耐候性和裝飾性，能夠保護(hù)中間漆和底漆，同時(shí)使鋼管表面更加美觀。在涂刷過(guò)程中，嚴(yán)格控制涂層的厚度和質(zhì)量，確保每道涂層均勻、無(wú)漏刷。對(duì)于混凝土碳化問(wèn)題，對(duì)碳化深度進(jìn)行檢測(cè)，確定碳化范圍。對(duì)于碳化深度較淺的部位，采用表面防護(hù)處理的方法。先用砂紙對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨，去除表面的疏松層和碳化層，然后涂刷混凝土保護(hù)劑?；炷帘Ｗo(hù)劑能夠滲透到混凝土內(nèi)部，形成一層保護(hù)膜，阻止二氧化碳等酸性氣體的侵入，提高混凝土的耐久性。對(duì)于碳化深度較深的部位，先將碳化層鑿除，露出新鮮的混凝土，然后采用噴射混凝土的方法進(jìn)行修復(fù)。噴射混凝土采用高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，并添加適量的外加劑，以提高混凝土的粘結(jié)性和耐久性。在噴射混凝土前，先對(duì)基層進(jìn)行濕潤(rùn)處理，確保噴射混凝土與基層粘結(jié)牢固。通過(guò)以上加固措施，有效地解決了鋼管混凝土拱式組合橋梁的材料劣化問(wèn)題，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。加固后對(duì)橋梁進(jìn)行定期檢測(cè)，結(jié)果表明，鋼管的銹蝕得到了有效控制，混凝土的碳化現(xiàn)象不再發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)的性能穩(wěn)定，滿(mǎn)足了長(zhǎng)期使用的要求。五、工程案例分析5.1工程背景某拱式組合橋梁位于[具體地理位置]，是連接[起始地點(diǎn)]與[終點(diǎn)地點(diǎn)]的重要交通樞紐。該橋建成于[建成年份]，至今已服役[服役年限]年，當(dāng)初設(shè)計(jì)旨在滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)的交通流量和荷載要求，為區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人員往來(lái)提供便利。其主橋采用拱式組合結(jié)構(gòu)，跨徑布置為[具體跨徑布置情況]，如主跨為[主跨跨徑]，邊跨為[邊跨跨徑]等。拱肋采用[拱肋材料，如鋼筋混凝土或鋼材]制成，這種材料具有良好的抗壓性能，能夠有效地承受拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下產(chǎn)生的軸向壓力。拱肋的截面形式為[具體截面形式，如箱形、工字形等]，該截面形式不僅能提高拱肋的抗彎和抗扭能力，還能在一定程度上減輕結(jié)構(gòu)自重，提高橋梁的跨越能力。系桿則采用[系桿材料，如高強(qiáng)度鋼索等]，以承受拱的水平推力，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。吊桿采用[吊桿材料，如預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)等]，具有較高的抗拉強(qiáng)度，能夠?qū)⑿熊?chē)道梁上的荷載有效地傳遞到拱肋上。行車(chē)道梁采用[行車(chē)道梁材料，如鋼筋混凝土梁等]，為車(chē)輛和行人提供安全、平穩(wěn)的通行平臺(tái)。然而，隨著時(shí)間的推移和交通量的不斷增長(zhǎng)，尤其是近年來(lái)重型車(chē)輛的頻繁通行，橋梁結(jié)構(gòu)承受的荷載日益增大，逐漸暴露出一系列病害問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)拱肋存在多處裂縫，部分裂縫寬度超過(guò)了規(guī)范允許值。在拱腳和L/4跨等部位，裂縫尤為明顯，這是由于這些部位在橋梁受力過(guò)程中承受著較大的彎矩和剪力，長(zhǎng)期的荷載作用導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。吊桿也出現(xiàn)了不同程度的銹蝕情況，部分吊桿的銹蝕深度較大，嚴(yán)重影響了吊桿的承載能力和耐久性。銹蝕的產(chǎn)生主要是由于吊桿長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，受到雨水、濕氣以及空氣中有害氣體的侵蝕，防護(hù)涂層逐漸失效，從而引發(fā)了電化學(xué)腐蝕。系桿同樣存在一些病害，如系桿的預(yù)應(yīng)力損失較大，導(dǎo)致其對(duì)拱的水平推力約束能力下降，這可能會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力損失的原因較為復(fù)雜，可能包括材料的徐變、錨具的松動(dòng)以及長(zhǎng)期荷載作用下的應(yīng)力松弛等。此外，橋面鋪裝也出現(xiàn)了破損、坑洼等問(wèn)題，不僅影響了行車(chē)的舒適性，還可能導(dǎo)致車(chē)輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生顛簸，增加對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊荷載，進(jìn)一步加劇橋梁病害的發(fā)展。這些病害問(wèn)題嚴(yán)重威脅著橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正常使用，急需進(jìn)行全面的檢測(cè)與加固處理。5.2荷載試驗(yàn)實(shí)施與結(jié)果分析5.2.1試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程在試驗(yàn)方案的具體實(shí)施過(guò)程中，工況選擇遵循全面、典型的原則。結(jié)合該拱式組合橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與病害情況，確定了多個(gè)關(guān)鍵試驗(yàn)工況。除前文提及的拱頂最大正彎矩工況、拱腳最大負(fù)彎矩工況以及不同位置加載工況外，還考慮到橋梁在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中可能承受的最不利荷載組合情況，增設(shè)了特殊工況，如模擬地震作用下的水平荷載與豎向荷載組合工況。在該工況下，通過(guò)在橋梁上施加模擬地震的水平力和豎向力，觀察橋梁結(jié)構(gòu)的受力和變形情況，評(píng)估橋梁在地震作用下的抗震性能。在拱頂最大正彎矩工況下，精心選擇加載位置，將加載設(shè)備布置在拱頂截面正上方，以確保能產(chǎn)生最大正彎矩。在拱腳最大負(fù)彎矩工況中，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，準(zhǔn)確確定加載點(diǎn)，使拱腳截面承受最大負(fù)彎矩。不同位置加載工況下，按照設(shè)計(jì)要求，依次在L/4跨、L/2跨等關(guān)鍵位置進(jìn)行加載，全面檢測(cè)橋梁在不同部位受力時(shí)的性能。測(cè)點(diǎn)布置依據(jù)關(guān)鍵部位重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、全面覆蓋的思路進(jìn)行。在拱肋上，除了在拱頂、L/4跨、拱腳等常規(guī)部位布置應(yīng)變片外，還針對(duì)發(fā)現(xiàn)裂縫的區(qū)域，加密布置應(yīng)變片，以便更精確地監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)展對(duì)拱肋受力的影響。在系桿上，除了測(cè)量系桿整體的應(yīng)力，還在系桿與拱肋、吊桿的連接部位布置應(yīng)變片，分析連接處的受力情況。對(duì)于位移傳感器，在拱頂、L/4跨、橋墩頂部等部位布置的基礎(chǔ)上，在橋面的關(guān)鍵位置也布置了位移傳感器，用于監(jiān)測(cè)橋面在荷載作用下的變形情況，評(píng)估行車(chē)舒適性。動(dòng)載試驗(yàn)中，加速度傳感器的布置更加密集，不僅在橋梁的關(guān)鍵部位布置，還在橋面不同位置均勻布置，以獲取橋梁在動(dòng)力荷載作用下的全面振動(dòng)響應(yīng)。加載過(guò)程嚴(yán)格按照分級(jí)加載、對(duì)稱(chēng)加載的方法進(jìn)行。采用車(chē)輛加載方式，選擇多輛載重卡車(chē)作為加載設(shè)備。在加載前，對(duì)每輛卡車(chē)的重量進(jìn)行精確測(cè)量，確保加載重量的準(zhǔn)確性。按照預(yù)先設(shè)計(jì)的加載方案，將試驗(yàn)荷載分為7級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載后保持30分鐘，待結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在加載過(guò)程中，密切關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力變化情況。安排專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員使用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備，實(shí)時(shí)測(cè)量橋梁的變形，一旦發(fā)現(xiàn)變形異常，立即停止加載，進(jìn)行檢查和分析。通過(guò)應(yīng)變采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁關(guān)鍵部位的應(yīng)力變化，確保應(yīng)力在材料的允許范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)采集工作由專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在應(yīng)變數(shù)據(jù)采集方面，使用高精度的應(yīng)變儀，對(duì)布置在橋梁上的應(yīng)變片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在采集前，對(duì)應(yīng)變儀進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保測(cè)量精度。在采集過(guò)程中，每隔5分鐘采集一次數(shù)據(jù)，記錄不同荷載等級(jí)下的應(yīng)變值。位移數(shù)據(jù)采集采用高精度的位移計(jì)，通過(guò)人工讀數(shù)和自動(dòng)采集相結(jié)合的方式，確保數(shù)據(jù)的可靠性。對(duì)于動(dòng)載試驗(yàn)中的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集，使用高性能的動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀，以1000Hz的采樣頻率對(duì)加速度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，還同步記錄試驗(yàn)過(guò)程中的環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，以便后續(xù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和分析。5.2.2試驗(yàn)結(jié)果分析通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析，能夠全面評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)性能，準(zhǔn)確判斷病害嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)。在應(yīng)力分析方面，將拱肋各測(cè)點(diǎn)在不同荷載工況下的實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比。在拱頂最大正彎矩工況下，拱頂測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力值略高于理論計(jì)算值，偏差約為8%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這是由于拱肋存在一定的初始缺陷和材料不均勻性，導(dǎo)致實(shí)際受力與理論計(jì)算存在差異。對(duì)于裂縫附近的測(cè)點(diǎn)，應(yīng)力分布呈現(xiàn)明顯的異常，裂縫尖端的應(yīng)力集中現(xiàn)象較為突出，這表明裂縫對(duì)拱肋的受力性能產(chǎn)生了顯著影響，若不及時(shí)處理，裂縫可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，危及橋梁結(jié)構(gòu)安全。在系桿和吊桿的應(yīng)力分析中，系桿在承受拱的水平推力時(shí)，實(shí)測(cè)應(yīng)力分布較為均勻，但部分測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值接近材料的允許應(yīng)力上限，說(shuō)明系桿的承載能力已接近極限，需要采取加固措施。吊桿的實(shí)測(cè)應(yīng)力值在不同荷載工況下變化較大，部分吊桿的應(yīng)力值超過(guò)了設(shè)計(jì)值，且吊桿的應(yīng)力分布不均勻，這可能是由于吊桿的長(zhǎng)度、剛度存在差異，以及吊桿與拱肋、系桿的連接存在松動(dòng)等原因?qū)е碌?，需要?duì)吊桿進(jìn)行全面檢查和維修。變形分析結(jié)果顯示，橋梁在不同荷載工況下的豎向位移和水平位移情況各異。在拱頂最大正彎矩工況下，拱頂?shù)呢Q向位移實(shí)測(cè)值為[具體數(shù)值]mm，略超過(guò)理論計(jì)算值，且跨中部位的豎向位移明顯大于其他部位，這表明橋梁跨中部位的剛度相對(duì)較弱，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大變形。在水平位移方面，橋墩頂部的水平位移實(shí)測(cè)值較小，但在模擬地震工況下，橋墩頂部的水平位移有所增大，需要進(jìn)一步評(píng)估橋梁在地震作用下的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)位移數(shù)據(jù)的時(shí)間歷程分析，發(fā)現(xiàn)橋梁在加載和卸載過(guò)程中的變形恢復(fù)情況良好，但在長(zhǎng)期荷載作用下，橋梁的變形有逐漸增大的趨勢(shì)，這可能是由于結(jié)構(gòu)材料的徐變和損傷積累導(dǎo)致的，需要加強(qiáng)對(duì)橋梁變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。動(dòng)力特性分析通過(guò)對(duì)動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，采用快速傅里葉變換（FFT）等方法，對(duì)加速度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行分析，得到橋梁的自振頻率。實(shí)測(cè)得到橋梁的一階自振頻率為[具體數(shù)值]Hz，與理論計(jì)算值相比，略低于理論值，這表明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度有所下降，可能是由于結(jié)構(gòu)病害導(dǎo)致的。振型分析結(jié)果顯示，橋梁在一階振型下，拱肋和吊桿的振動(dòng)較為明顯，且振型與理論計(jì)算的振型基本相符，但在某些部位存在一定的差異，這可能是由于結(jié)構(gòu)局部損傷或連接松動(dòng)引起的。阻尼比的計(jì)算采用半功率帶寬法等方法，實(shí)測(cè)得到橋梁的阻尼比為[具體數(shù)值]，阻尼比的大小反映了橋梁結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中的能量耗散能力。與同類(lèi)橋梁相比，該橋梁的阻尼比較小，說(shuō)明其在振動(dòng)過(guò)程中的能量耗散能力較弱，在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)可能會(huì)較大，需要采取措施提高橋梁的阻尼比，如增加阻尼裝置等。5.3加固方案設(shè)計(jì)與實(shí)施5.3.1加固方案設(shè)計(jì)基于荷載試驗(yàn)結(jié)果以及病害情況的深入分析，針對(duì)該拱式組合橋梁制定了全面且針對(duì)性強(qiáng)的加固方案，旨在有效提升橋梁的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，確保其安全可靠地運(yùn)營(yíng)。針對(duì)拱肋裂縫問(wèn)題，采用壓力灌漿與粘貼碳纖維布相結(jié)合的方法。壓力灌漿能夠填充裂縫，恢復(fù)混凝土的整體性，增強(qiáng)其抗裂能力。對(duì)于寬度大于0.15mm的裂縫，使用化學(xué)壓力灌漿法，選用環(huán)氧樹(shù)脂等高強(qiáng)度灌漿材料，這些材料具有良好的粘結(jié)性能和抗壓強(qiáng)度，能夠與混凝土緊密結(jié)合，有效修復(fù)裂縫。在灌漿過(guò)程中，嚴(yán)格控制灌漿壓力和灌漿量，確保灌漿材料充分填充裂縫，提高裂縫修復(fù)質(zhì)量。對(duì)于寬度小于0.15mm的裂縫，采用封縫膠進(jìn)行封閉處理，防止水分和有害氣體侵入裂縫，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。在壓力灌漿完成后，對(duì)裂縫處粘貼碳纖維布進(jìn)一步加固。碳纖維布具有高強(qiáng)度、輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠與混凝土協(xié)同受力，提高拱肋的抗拉強(qiáng)度和抗裂性能。粘貼前，對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨、清理，確保表面平整、干凈，以增強(qiáng)碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)力。按照設(shè)計(jì)要求，精確裁剪碳纖維布，并均勻涂抹粘結(jié)膠，確保碳纖維布與混凝土緊密貼合，避免出現(xiàn)空鼓、脫粘等問(wèn)題。針對(duì)吊桿銹蝕問(wèn)題，采用更換銹蝕吊桿并加強(qiáng)防護(hù)的措施。首先，對(duì)吊桿進(jìn)行全面檢測(cè)，確定銹蝕程度和范圍。對(duì)于銹蝕嚴(yán)重、承載能力下降明顯的吊桿，予以更換。選用高強(qiáng)度、耐腐蝕的新型吊桿材料，如環(huán)氧涂層鋼絞線(xiàn)等，這種材料表面的環(huán)氧涂層能夠有效隔離水分和氧氣，防止吊桿銹蝕，延長(zhǎng)吊桿的使用壽命。在更換吊桿過(guò)程中，嚴(yán)格控制吊桿的張拉應(yīng)力，確保吊桿的受力均勻，與原結(jié)構(gòu)協(xié)同工作良好。為加強(qiáng)吊桿的防護(hù)，在吊桿表面涂刷高性能防腐涂料，形成一層堅(jiān)固的保護(hù)膜，阻擋外界環(huán)境對(duì)吊桿的侵蝕。同時(shí)，在吊桿兩端的錨具處設(shè)置防水罩，防止雨水滲入，避免錨具銹蝕，確保吊桿的錨固可靠。對(duì)于系桿預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題，采取重新張拉系桿并增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力索的方法。通過(guò)重新張拉系桿，恢復(fù)系桿的預(yù)應(yīng)力，使其能夠有效承受拱的水平推力。在張拉過(guò)程中，精確測(cè)量系桿的伸長(zhǎng)量和張拉力，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，確保系桿的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)值。增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力索作為輔助措施，進(jìn)一步增強(qiáng)系桿的承載能力和對(duì)拱的水平推力約束能力。體外預(yù)應(yīng)力索布置在系桿外側(cè)，通過(guò)轉(zhuǎn)向塊和錨固裝置與系桿連接。在施工過(guò)程中，合理確定體外預(yù)應(yīng)力索的布置形式和張拉控制應(yīng)力，確保其能夠與