服役石拱桥可靠性评估与加固改造技术研究.doc

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1、服役石拱桥可靠性评估与加固改造技术研究报告简本一、立项背景我国西南地区和我省湘西地区,大部分石拱桥建成于二十世纪五十至八十年代，受历史条件限制，设计荷载等级都不高，且经过数十年运营，桥梁的技术状况已不能满足现有交通行车安全的需要，并时有石拱桥跨塌事故发生。运营过程中跨塌的浏阳大瑶石拱桥运营过程中跨塌的溢洪道石拱桥加固过程中跨塌的双桥铺石拱桥运营过程中跨塌的江西傍罗石拱桥桥梁结构承载力与安全性问题是一个十分重要也是需要进一步研究的问题，它的研究既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建桥梁结构改进的理论意义，同时，对丰富和发展桥梁结构承载力与安全性深入研究具

2、有一定的理论价值。旧桥的维修加固和改造要解决安全和经济之间的问题，即寻求最佳的维修加固和改造方案，在保证结构安全、满足使用功能的前提下，经济效益最优。采用维修加固和改造的方法保持和提高旧桥的承载能力，其费用约占新建桥梁的5%～30%;基于以上原因，2004年9月，我院以湘西和部分西南地区石拱桥为依托与交通部西部项目中心签定了“服役石拱桥安全性评估与加固改造技术研究”项目合同，合同编号为：2004-318-785-18。二、项目总体目标1、研究总思路本项目旨在以理论为指导，充分吸收国内外已有的技术成果，通过对湘西地区及我国西南地区部分石拱桥的典型病害成因与防

3、治研究、石拱桥安全性评估研究和加固改造技术的研究，提出更切合实际的服役石拱桥安全性评估方法和加固改造技术途径，使我国大量的石拱桥资源得到更充分和更安全的利用，最大限度地发挥其潜在效益。2、主要研究内容专题一、服役石拱桥病害调查与成因分析研究专题二、服役石拱桥理论与安全性评估研究Ø乌巢河大桥石料力学参数试验研究Ø石拱桥计算理论与程序开发研究Ø石拱桥使用健康状况的安全性评价研究专题三、服役石拱桥维修加固改造技术研究Ø石拱桥实用加固改造技术研究Ø石拱桥加固改造效果评价研究Ø石拱桥加固的经济性评价研究三、服役石拱桥病害调查与成因分析研究通过对湘西地区526座的现役

4、石拱桥和我国西南地区G319、S103以及11条县乡道路上的44座服役石拱桥进行调查，并对部分桥梁进行了重点抽查。得出如下两点成果。成果一：典型病害归类与成因分析结构类别典型病害产生的主要原因备注下部构造1、基础冲刷水流流速大，基础防护不到位2、基础沉降、滑移施工质量问题、超载、基础冲刷严重。3、桥台侧墙变形、开裂侧墙内土压力增大、超载等原因。上部构造4、拱圈开裂、变形施工质量问题、超载、基础沉降、滑移等原因。5、砌筑砂浆不饱满拱圈渗水施工质量问题。6、风化严重石料属于易风化岩石、养护不及时，造成生物风化严重。桥面与总体7、桥面开裂①施工质量问题；②超载。

5、8、总体线形差设计问题，桥梁与接线衔接不顺直。成果二：石拱桥建筑石料要求用于石拱桥的石料须满足以下四个方面的要求：1、石质均匀性；2、强度：一般要大于40MPa；3、抗风化性：难风化的石料；4、抗冻性：抗冻质量损失率小于5%，耐冻系数85%。如：石质均匀、不易风化、抗冻性能好的石灰岩、花岗岩可用于石拱桥的修建，石质差、易风化、抗冻性能差的红砂岩、页岩不能用于石拱桥的修建。四、服役石拱桥理论与安全性评估研究本研究专项有三部分研究内容，即乌巢河大桥石料力学参数试验研究、石拱桥计算理论与程序开发研究、服役石拱桥健康状况的安全性评价方法研究。1、乌巢河大桥石料力学

6、参数试验研究1.1、研究内容及所获参数研究内容所获参数单轴压缩试验单轴抗压强度、弹性模量、泊松比和变形模量三轴压缩试验内摩擦角、内聚力、弹性模量和泊松比砌缝法向单轴压缩试验砌缝的法向刚度砌缝压剪强度试验砌缝的抗剪强度参数（内摩擦角和内聚力）切向刚度岩石力学参数劣化分析探索性的岩石力学劣化衰减数学模型1.2、试验设备与试件RMT-105C刚性试验机试件示意图1.3、成果本次共进行14组试验，其中单轴压缩试验2组（6个试件）、三轴压缩试验6组（18个试件）、砌缝法向压缩试验3组（9个试件）、砌缝压剪强度试验3组（9个试件）。通过试验均得到了相应的应力应变曲线及

7、相应关系式。1）、砌缝法向单轴压缩试验切向应力-切向变形、法向变形曲线2）、砌缝压剪强度试验砌缝的切向刚度K与法向应力σN、最大剪应力τ与法向应力σN的关系式：2、石拱桥计算理论与程序开发研究2.1、拱轴线研究研究表明悬链线不是空腹石拱桥最合理的拱轴线。采取拱趾、拱顶和1/4跨五点拟合确定的悬链线拱轴线，存在如下的问题：石拱桥不能受拉，通过五点拟合确定的悬链线并不能保证其他截面不受拉力。因此，采用悬索线拱轴线代替悬链线拱轴线。悬索线方程为：其中：基本方程：研究组从以上基本方程出发，建立了一整套的悬索线理论。2.2、平铰拱理论研究“平铰”相当于一个半径为∞的

8、铰。与理论铰相比，平铰不能自由转动，即在转动中要受到一定程度的约束