服役石拱橋可靠性評(píng)估與加固改造技術(shù)研究

1、服役石拱橋可靠性評(píng)估與加固改造技術(shù)研究報(bào) 告 簡(jiǎn) 本一、立項(xiàng)背景我國(guó)西南地區(qū)和我省湘西地區(qū),大部分石拱橋建成于二十世紀(jì)五十至八十年代，受歷史條件限制，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)都不高，且經(jīng)過(guò)數(shù)十年運(yùn)營(yíng)，橋梁的技術(shù)狀況已不能滿足現(xiàn)有交通行車安全的需要，并時(shí)有石拱橋跨塌事故發(fā)生。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中跨塌的瀏陽(yáng)大瑤石拱橋運(yùn)營(yíng)過(guò)程中跨塌的溢洪道石拱橋 加固過(guò)程中跨塌的雙橋鋪石拱橋運(yùn)營(yíng)過(guò)程中跨塌的江西傍羅石拱橋橋梁結(jié)構(gòu)承載力與安全性問(wèn)題是一個(gè)十分重要也是需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題，它的研究既有服務(wù)于服役結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)意義，又有指導(dǎo)待建橋梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)的理論意義，同時(shí)，對(duì)豐富和發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)承載力與安全性深入研究具有一定的理論價(jià)值。舊橋的維修加

2、固和改造要解決安全和經(jīng)濟(jì)之間的問(wèn)題，即尋求最佳的維修加固和改造方案，在保證結(jié)構(gòu)安全、滿足使用功能的前提下，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。采用維修加固和改造的方法保持和提高舊橋的承載能力，其費(fèi)用約占新建橋梁的5%30% ;基于以上原因，2004年9月，我院以湘西和部分西南地區(qū)石拱橋?yàn)橐劳信c交通部西部項(xiàng)目中心簽定了“服役石拱橋安全性評(píng)估與加固改造技術(shù)研究”項(xiàng)目合同，合同編號(hào)為：2004-318-785-18。二、項(xiàng)目總體目標(biāo)1、研究總思路本項(xiàng)目旨在以理論為指導(dǎo)，充分吸收國(guó)內(nèi)外已有的技術(shù)成果，通過(guò)對(duì)湘西地區(qū)及我國(guó)西南地區(qū)部分石拱橋的典型病害成因與防治研究、石拱橋安全性評(píng)估研究和加固改造技術(shù)的研究，提出更切合實(shí)際的服

3、役石拱橋安全性評(píng)估方法和加固改造技術(shù)途徑，使我國(guó)大量的石拱橋資源得到更充分和更安全的利用，最大限度地發(fā)揮其潛在效益。 2、主要研究?jī)?nèi)容專題一、服役石拱橋病害調(diào)查與成因分析研究專題二、服役石拱橋理論與安全性評(píng)估研究Ø 烏巢河大橋石料力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究Ø 石拱橋計(jì)算理論與程序開(kāi)發(fā)研究Ø 石拱橋使用健康狀況的安全性評(píng)價(jià)研究專題三、服役石拱橋維修加固改造技術(shù)研究Ø 石拱橋?qū)嵱眉庸谈脑旒夹g(shù)研究Ø 石拱橋加固改造效果評(píng)價(jià)研究Ø 石拱橋加固的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究 三、服役石拱橋病害調(diào)查與成因分析研究通過(guò)對(duì)湘西地區(qū)526座的現(xiàn)役石拱橋和我國(guó)西南地區(qū)G319、

4、S103以及11條縣鄉(xiāng)道路上的44座服役石拱橋進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)部分橋梁進(jìn)行了重點(diǎn)抽查。得出如下兩點(diǎn)成果。成果一：典型病害歸類與成因分析結(jié)構(gòu)類別典型病害產(chǎn)生的主要原因備注下部構(gòu)造1、基礎(chǔ)沖刷水流流速大，基礎(chǔ)防護(hù)不到位2、基礎(chǔ)沉降、滑移施工質(zhì)量問(wèn)題、超載、基礎(chǔ)沖刷嚴(yán)重。3、橋臺(tái)側(cè)墻變形、開(kāi)裂側(cè)墻內(nèi)土壓力增大、超載等原因。上部構(gòu)造4、拱圈開(kāi)裂、變形施工質(zhì)量問(wèn)題、超載、基礎(chǔ)沉降、滑移等原因。5、砌筑砂漿不飽滿拱圈滲水施工質(zhì)量問(wèn)題。6、風(fēng)化嚴(yán)重石料屬于易風(fēng)化巖石、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，造成生物風(fēng)化嚴(yán)重。橋面與總體7、橋面開(kāi)裂施工質(zhì)量問(wèn)題；超載。8、總體線形差設(shè)計(jì)問(wèn)題，橋梁與接線銜接不順直。成果二：石拱橋建筑石料要求

5、 用于石拱橋的石料須滿足以下四個(gè)方面的要求：1、石質(zhì)均勻性；2、強(qiáng)度：一般要大于40MPa；3、抗風(fēng)化性：難風(fēng)化的石料；4、抗凍性：抗凍質(zhì)量損失率小于5%，耐凍系數(shù)85%。 如：石質(zhì)均勻、不易風(fēng)化、抗凍性能好的石灰?guī)r、花崗巖可用于石拱橋的修建，石質(zhì)差、易風(fēng)化、抗凍性能差的紅砂巖、頁(yè)巖不能用于石拱橋的修建。四、服役石拱橋理論與安全性評(píng)估研究 本研究專項(xiàng)有三部分研究?jī)?nèi)容，即烏巢河大橋石料力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究、石拱橋計(jì)算理論與程序開(kāi)發(fā)研究、服役石拱橋健康狀況的安全性評(píng)價(jià)方法研究。1、烏巢河大橋石料力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)研究1.1、研究?jī)?nèi)容及所獲參數(shù) 研究?jī)?nèi)容所獲參數(shù) 單軸壓縮試驗(yàn)單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比和變

6、形模量 三軸壓縮試驗(yàn)內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力、彈性模量和泊松比 砌縫法向單軸壓縮試驗(yàn)砌縫的法向剛度 砌縫壓剪強(qiáng)度試驗(yàn)砌縫的抗剪強(qiáng)度參數(shù)（內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力）切向剛度 巖石力學(xué)參數(shù)劣化分析探索性的巖石力學(xué)劣化衰減數(shù)學(xué)模型 1.2、試驗(yàn)設(shè)備與試件RMT-105C剛性試驗(yàn)機(jī)試件示意圖1.3、成果本次共進(jìn)行14組試驗(yàn)，其中單軸壓縮試驗(yàn)2組（6個(gè)試件）、三軸壓縮試驗(yàn)6組（18個(gè)試件）、砌縫法向壓縮試驗(yàn)3組（9個(gè)試件）、砌縫壓剪強(qiáng)度試驗(yàn)3組（9個(gè)試件）。通過(guò)試驗(yàn)均得到了相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變曲線及相應(yīng)關(guān)系式。1）、砌縫法向單軸壓縮試驗(yàn) 切向應(yīng)力-切向變形、法向變形曲線2）、砌縫壓剪強(qiáng)度試驗(yàn) 砌縫的切向剛度K與法向應(yīng)力N 、

7、最大剪應(yīng)力與法向應(yīng)力N 的 關(guān)系式：2、石拱橋計(jì)算理論與程序開(kāi)發(fā)研究2.1、拱軸線研究研究表明懸鏈線不是空腹石拱橋最合理的拱軸線。采取拱趾、拱頂和1/4跨五點(diǎn)擬合確定的懸鏈線拱軸線，存在如下的問(wèn)題：石拱橋不能受拉，通過(guò)五點(diǎn)擬合確定的懸鏈線并不能保證其他截面不受拉力。因此，采用懸索線拱軸線代替懸鏈線拱軸線。懸索線方程為：其中：基本方程：研究組從以上基本方程出發(fā)，建立了一整套的懸索線理論。2.2、平鉸拱理論研究“平鉸”相當(dāng)于一個(gè)半徑為的鉸。與理論鉸相比，平鉸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，即在轉(zhuǎn)動(dòng)中要受到一定程度的約束。與固定端相比較，平鉸不能承受拉應(yīng)力，截面所能承擔(dān)彎矩有限。 根據(jù)以上特點(diǎn)作以下基本假定：1、圬工

8、砌體為彈性勻質(zhì)材料，服從平面假設(shè)和虎克定律；2、圬工砌體不承受任何拉應(yīng)力；3、任一截面壓應(yīng)力與外荷載在該截面產(chǎn)生的內(nèi)力平衡。 計(jì)算的基本圖示如下：計(jì)算基本步驟： 先按無(wú)鉸拱計(jì)算出拱腳軸力N和彎矩M； 令拉應(yīng)力為0；調(diào)整壓應(yīng)力并計(jì)算軸力到中性軸的距彎e； 計(jì)算平鉸約束彎矩 ； 計(jì)算應(yīng)力調(diào)整后的拱腳軸力N和約束彎矩； 重復(fù)、步直致計(jì)算結(jié)果收斂； 結(jié)束。2.3、石拱橋聯(lián)合作用研究 基本圖式：平鉸拱聯(lián)合作用的計(jì)算假定1）立墻上下端為鉸結(jié)，不計(jì)立墻的抗推剛度。2）荷載P作用的另一側(cè)腹拱受壓縮，用無(wú)鉸拱的抗推剛度綜合代表全橋的約束。3）荷載P作用下腹拱產(chǎn)生的水平推力沿橋面系傳遞，不作用于主拱圈上。4）平鉸

9、拱在荷載P作用下的8#截面水平位移p值，與無(wú)鉸拱差異很小，故可近似采用無(wú)鉸拱值。5）平鉸拱8#截面的水平剛度K主（以稱拱背剛度）也近似采用無(wú)鉸拱值 。通過(guò)以上假設(shè)推導(dǎo)建立了一系列聯(lián)合作用計(jì)算公式。2.4、石拱橋分析軟件開(kāi)發(fā) 軟件是根據(jù)本項(xiàng)目的研究成果開(kāi)發(fā)的，它具有以下功能：Ø 平鉸（無(wú)鉸）結(jié)構(gòu)自重作用內(nèi)力計(jì)算；Ø 平鉸（無(wú)鉸）結(jié)構(gòu)在集中力作用下內(nèi)力計(jì)算；Ø 平鉸（無(wú)鉸）結(jié)構(gòu)在溫度、支座位移工況內(nèi)力計(jì)算；Ø 平鉸（無(wú)鉸）結(jié)構(gòu)任一截面內(nèi)力影響線計(jì)算；Ø 平鉸（無(wú)鉸）拱結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用內(nèi)力計(jì)算；Ø 并可根據(jù)JTG D62-2004有關(guān)規(guī)定進(jìn)行內(nèi)

10、力組合。 單位：kN 無(wú)鉸M平鉸M比值0L拱腳-29430.63-19437.490.66 ½L拱頂8114.04 6405.68 0.79 L拱腳-20874.35 -16889.59 0.81 計(jì)算和試驗(yàn)表明：平鉸拱拱頂、拱腳彎矩比無(wú)鉸拱小1035%。2.5、石拱橋上部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖編制根據(jù)研究成果編制了石拱橋上部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖一套跨徑：20、30、40、50、60、80米；橋面寬度：11.5m；矢跨比： 1/5、1/6、1/7 、 1/8 ；荷載：公路級(jí)、公路級(jí)，人群荷載。3、服役石拱橋健康狀況的安全性評(píng)價(jià)方法研究安全性評(píng)價(jià)主要從事了基于層次分析法服役石拱橋安全性評(píng)估方法研究、基于強(qiáng)度

11、儲(chǔ)備比匯總法服役石拱橋安全性評(píng)估方法研究、基于極限承載力服役石拱橋梁安全性評(píng)估方法研究三個(gè)方面的內(nèi)容。3.1、基于層次分析法服役石拱橋安全性評(píng)估方法研究1）構(gòu)建結(jié)構(gòu)層次拱 橋 的 安 全 性承載能力主要承重結(jié)構(gòu)損傷外觀缺損狀況主拱圈承載能力橫梁承載能力立墻承載能力基礎(chǔ)承載能力主拱圈結(jié)構(gòu)損傷橫梁結(jié)構(gòu)損傷立墻結(jié)構(gòu)損傷基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)損傷上部結(jié)構(gòu)缺損狀況下部結(jié)構(gòu)缺損狀況2）、判斷矩陣B 矩陣 B 滿足一致性要求。 3）確定構(gòu)件權(quán)重常權(quán)分析法存在一些缺陷，如不能有效反映次要構(gòu)件的安全隱患。因此，采用變權(quán)分析法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。引入變權(quán)模式：4）計(jì)算整體結(jié)構(gòu)安全性按照步驟計(jì)算各構(gòu)件安全度和各構(gòu)件的權(quán)重向量，再由構(gòu)件

12、安全度和權(quán)重計(jì)算結(jié)構(gòu)整體安全度：最低層元素?cái)?shù)目。3.2 基于強(qiáng)度儲(chǔ)備比匯總法服役石拱橋安全性評(píng)估方法研究所謂強(qiáng)度儲(chǔ)備比匯總法是以強(qiáng)度儲(chǔ)備比為構(gòu)件的安全指標(biāo)，由基本構(gòu)件的安全度指標(biāo)獲得結(jié)構(gòu)體系的安全度指標(biāo)。同時(shí)結(jié)合專家知識(shí)的一些綜合評(píng)判原則，考慮大橋結(jié)構(gòu)及其子系統(tǒng)的特性。如某構(gòu)件在第種受力狀態(tài)（單一或組合應(yīng)力）下規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度儲(chǔ)備為：， ，式中和分別是設(shè)計(jì)時(shí)構(gòu)件在第種受力狀態(tài)下采用的極限強(qiáng)度和許用強(qiáng)度。 基于強(qiáng)度儲(chǔ)備比匯總法分析步驟Ø 劃分結(jié)構(gòu)層次Ø 分三類，劃分構(gòu)件類型Ø 計(jì)算各類構(gòu)件安全度指標(biāo)Ø 計(jì)算層結(jié)構(gòu)安全度指標(biāo)Ø 將整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為串聯(lián)結(jié)

13、構(gòu)，由層結(jié)構(gòu)安全度指標(biāo)計(jì)算整體結(jié)構(gòu)安全度指標(biāo) 3.3 基于極限承載力服役石拱橋梁安全性評(píng)估方法研究根據(jù)前面研究的石料及砌體工程的本構(gòu)關(guān)系和平鉸拱理論，建立大轉(zhuǎn)動(dòng)、小應(yīng)變條件下的幾何非線性和材料非線性的單元切線剛度矩陣 ，并建立如下剛度方程求解：再用規(guī)范方法計(jì)算結(jié)構(gòu)抗力與荷載組合，判別石拱橋的安全性。3.4 示范工程到目前，用以上方法已成功地四十余座石拱橋進(jìn)行了安全性評(píng)估和加固改造決策。五、服役石拱橋維修加固改造技術(shù)研究本研究專項(xiàng)主要從事了石拱橋?qū)嵱眉庸谈脑旒夹g(shù)研究、石拱橋加固改造效果評(píng)價(jià)研究、石拱橋加固的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究等內(nèi)容。1、石拱橋?qū)嵱眉庸谈脑旒夹g(shù)研究1.1 鋼筋砼套箍封閉主拱圈加固拱橋技

14、術(shù) 鋼筋砼套箍封閉主拱圈加固拱橋的機(jī)理分析1）鋼筋砼套箍加固拱橋機(jī)理之一 截面增大理論 采用鋼筋砼套箍加固拱橋的機(jī)理之一是截面增大理論。2）鋼筋砼套箍加固拱橋機(jī)理之二套箍效應(yīng) 鋼筋砼套箍層的增設(shè)，使得原主拱圈在活載作用下處于三向受壓狀態(tài)。3）鋼筋砼套箍加固拱橋機(jī)理之三斷裂力學(xué)機(jī)理 機(jī)理一：變主拱圈表面裂紋為內(nèi)部裂紋 機(jī)理二：主拱圈裂紋嘴的集中閉合力阻裂 鋼筋砼套箍封閉主拱圈加固拱橋的模型試驗(yàn)1) 試驗(yàn)?zāi)康腶) 通過(guò)鋼筋砼套箍加固拱橋模型試驗(yàn)，研究加固技術(shù)的可行性；b) 研究鋼筋砼套箍與原主拱圈的變形協(xié)調(diào)、共同受力機(jī)理；c) 研究拱橋加固后其在正常使用狀態(tài)下的強(qiáng)度、剛度、裂縫指標(biāo)改善情況及極限承

15、載力提高幅度。本試驗(yàn)共分9組30個(gè)試件進(jìn)行。2)測(cè)點(diǎn)布置 主模型試驗(yàn)加載過(guò)程要求測(cè)試截面位移及混凝土和鋼筋應(yīng)變。位移測(cè)點(diǎn)布置在拱腳、四分點(diǎn)及拱頂五個(gè)位置，其中拱腳處測(cè)量水平位移，其余三處測(cè)量豎向撓度，要求各測(cè)點(diǎn)處的儀器置于拱腹中線上。各片試驗(yàn)拱在加載過(guò)程中要求測(cè)試兩拱腳、兩四分點(diǎn)、拱頂五處鋼筋表面應(yīng)變；相應(yīng)每一截面上要在拱腹、拱背靠近兩邊緣處鋼筋上粘貼應(yīng)變片。 2) 加載方式主拱模型試驗(yàn)加載方式采用兩點(diǎn)加載，如下圖所示。加載之前必須對(duì)各模型用12噸的荷載進(jìn)行預(yù)壓。各級(jí)荷載之間的級(jí)差根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)程適當(dāng)調(diào)整，原則上要求在構(gòu)件出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫以前荷載級(jí)差為1噸，構(gòu)件開(kāi)裂后適當(dāng)加大級(jí)差。每級(jí)荷載作用之后，要

16、求35分鐘后待構(gòu)件變形穩(wěn)定方可記錄位移、應(yīng)變數(shù)據(jù)。4）試驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)前述測(cè)試結(jié)果，分析如下：a) 在同級(jí)荷載作用下，加固應(yīng)變值較加固前減少2060%；b) 在同級(jí)荷載作用下，撓度值減少3050%；c) 裂縫測(cè)試結(jié)果表明，加固后主拱圈的開(kāi)裂荷載等級(jí)較加固前提高近1倍，力學(xué)性能較加固前有較大幅度的改善；d) 采用套箍加固后主拱圈極限強(qiáng)度可較加固前提高57%62.3%； e) 基于9組試件的不同厚度套箍的試件強(qiáng)度試驗(yàn)表明，由于“套箍效應(yīng)”隨套箍層剛度的提高而愈明顯，但“套箍效應(yīng)”系數(shù)趨近于一常值，處于1.11.5 之間，此值可作為套箍加固設(shè)計(jì)的依據(jù)。綜上所述，鋼筋砼套箍層能和原主拱圈有效結(jié)合在一起

17、，形成復(fù)合主拱圈，協(xié)調(diào)變形、共同承擔(dān)活載，發(fā)揮了套箍效應(yīng)，改善橋梁力學(xué)性能和較大幅度地提高原橋的承載力。 示范工程用該理論，現(xiàn)已成功加固了十余座石拱橋 。上圖為位于豐石公路的沙擔(dān)溝大橋，主跨為80米的石板拱，建成通車于2001年10月，是鋼筋砼套箍加固改造技術(shù)的示范工程。1.2 石拱橋增設(shè)復(fù)合鋼筋混凝土拱板（肋）加固技術(shù)研究 加固機(jī)理1）機(jī)理之一 截面增大理論 增設(shè)復(fù)合鋼筋砼拱板（肋）加固拱橋技術(shù)的機(jī)理之一是截面增大理論。2）機(jī)理之二斷裂力學(xué)機(jī)理 （1）變主拱圈表面裂紋為內(nèi)部裂紋； （2）主拱圈裂紋嘴的集中閉合力阻裂。 模型試驗(yàn)1)、試驗(yàn)?zāi)康?1) 揭示拱橋破壞的形態(tài)，包括材料的破壞形態(tài)以及整

18、個(gè)結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中所顯示出來(lái)的病害特征；(2) 通過(guò)模型模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證該加固技術(shù)的可行性；(3) 通過(guò)加固試驗(yàn)，加固層和原結(jié)構(gòu)層共同作用機(jī)理研究；（4）通過(guò)檢測(cè)加固層的應(yīng)變，分析加固層受力情況及材料強(qiáng)度利用率，及加固后強(qiáng)度、剛度、裂縫指標(biāo)改善情況和結(jié)構(gòu)承載力提高幅度。2）、試驗(yàn)概況整個(gè)模型試驗(yàn)共有3片模型拱，其中兩片用來(lái)做拱結(jié)構(gòu)破壞試驗(yàn)，另外一片做增設(shè)復(fù)合鋼筋砼拱板（肋）加固試驗(yàn)。 示范工程 到目前，用此法已成功加固了幾座石拱橋。上圖是湖南省龍山縣X015線上的靛房一橋，修建于清朝嘉慶年間，是“增設(shè)復(fù)合鋼筋混凝土拱板（肋）加固技術(shù)”的示范工程。1.3 基于平鉸拱理論分析調(diào)整全橋內(nèi)力的改造技術(shù)研究

19、 機(jī)理及適用性分析拱式橋梁在荷載（恒載、活載）作用下，除了承受荷載產(chǎn)生的軸向壓力外，還承受荷載對(duì)其產(chǎn)生的彎矩和剪力，所以拱橋是承受壓、彎、剪荷載的承重結(jié)構(gòu)。本方法是采用平鉸拱理論優(yōu)化調(diào)整拱橋內(nèi)力，挖掘石拱橋潛在承載能力的一種加固方法。 示范工程 吉首金山橋（加固前） 吉首金山橋（加固后）上圖是湘西吉首至太平鄉(xiāng)金山橋，為1孔30米實(shí)腹石板拱，1974年底建成。是“基于平鉸拱理論分析調(diào)整全橋內(nèi)力的改造技術(shù)研究”的示范工程2、石拱橋加固改造效果評(píng)價(jià)研究2.1 強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于加固增強(qiáng)后橋梁的強(qiáng)度，以下四個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)加固的效果有重要意義：承載力提高率L、恒載應(yīng)力變化率D、荷載置換率T、加固層利用率M。

20、 承載力提高率L 承載力提高率L定義為：式中：L橋梁加固前后的承載力提高率，L0; R0加固前結(jié)構(gòu)的承載力代表值，例如主拱圈跨中截面的抗力; R2加固后與R0 對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載力代表值。 恒載應(yīng)力變化率 D 恒載應(yīng)力變化率 D：D0 為加固前在恒載作用下原結(jié)構(gòu)控制截面上的最大應(yīng)力；D1 加固后在原結(jié)構(gòu)同一截面對(duì)應(yīng)位置恒載的應(yīng)力增量。D在加固設(shè)計(jì)中的作用和意義在于：D反映了加固過(guò)程中恒載的變化，因此加固設(shè)計(jì)時(shí)一方面應(yīng)盡 可能采用減載措施，另一方面擬定的加固層宜采用輕質(zhì)；D一定程度上揭示了橋梁已加固部分對(duì)其它部分的影響。 荷載置換率 T 式中：DS 加固層恒載作用下原結(jié)構(gòu)控制截面上產(chǎn)生的應(yīng)力；L活載

21、作用下，原結(jié)構(gòu)相應(yīng)截面加固后較加固前應(yīng)力減少量。原則上T 1，若T 1則表明對(duì)原結(jié)構(gòu)增設(shè)加固層而增加的恒載應(yīng)力比加固層分擔(dān)活載等后期荷載的效應(yīng)要大，即加固失去意義。 加固層利用率M式中： 控制截面加固層的荷載效應(yīng)最大值，如對(duì)于鋼筋本項(xiàng)為鋼筋應(yīng)力與面積之積； 加固層最大承載能力，對(duì)于鋼筋本項(xiàng)為其強(qiáng)度與面積乘積。2.2 剛度評(píng)價(jià)指標(biāo) 剛度評(píng)價(jià)指標(biāo)在橋梁加固效果評(píng)價(jià)中的意義 橋梁在荷載作用下的撓度必須有所限制，因?yàn)椋?1）、構(gòu)件變形大，結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力也大； 2）、撓度大，易使拱橋形成波浪起伏，高速行車引起顛簸和沖擊； 3）、撓度大，上部結(jié)構(gòu)在端部轉(zhuǎn)角大，伸縮縫與橋面系易破壞，不利于行車和養(yǎng)護(hù)。對(duì)于加固

22、增強(qiáng)后橋梁的剛度，引入總撓度變化率T、恒載撓度變化率D、撓度置換率T三個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)加固的效果進(jìn)行評(píng)價(jià) 。2.2.1 總撓度變化率L式中：0加固前結(jié)構(gòu)在全部荷載（恒載+活載）作用下?lián)隙戎担?加固后與R0 對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)承載力代表值。 恒載撓度變化率D式中：D0 加固前在恒載作用下原結(jié)構(gòu)控制截面上的撓度；D1 加固后原結(jié)構(gòu)相同截面對(duì)應(yīng)位置撓度的改變?cè)隽?。D意義在于：它反映了加固過(guò)程中恒載的變化，因此加固時(shí)一方面應(yīng)盡可能采用減載措施，另一方面采用輕質(zhì)材料。2.2.2 撓度置換率 T式中：DS 加固層恒載作用下原結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的撓度；L活載作用下，原結(jié)構(gòu)相應(yīng)位置加固后較加固前撓度變化量。橋梁加固，要避免

23、一味以增加恒載撓度為代價(jià)而換取活載撓度有限量的減少，否則是不經(jīng)濟(jì)的。3、石拱橋加固的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)研究3.1 服役石拱橋加固維修決策研究 石拱橋安全狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)模型石拱橋安全狀態(tài)指數(shù)：其中： i 拱橋的損壞類型，如開(kāi)裂、拱石風(fēng)化、側(cè)墻外鼓、剝落等； j 損壞嚴(yán)重程度， 優(yōu)、良、中、差、很差五個(gè)等級(jí)； DPijk i種損壞，j級(jí)程度和k范圍扣分值； Wij各種損壞類型和嚴(yán)重程度的權(quán)函數(shù)。 加固維修決策研究 維修等級(jí)劃分 =不修，小修，中修，大修, 重建維修決策考慮的因素（1）服役現(xiàn)狀 根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)評(píng)定橋梁服役狀態(tài)，并按以下等級(jí)構(gòu)造隸屬度向量 服役現(xiàn)狀與維修決策集之間的關(guān)系由評(píng)定矩陣表示。 則由服役現(xiàn)

24、狀分析得到的維修等級(jí)為： 2）構(gòu)件安全度主要考慮各構(gòu)件安全度或強(qiáng)度儲(chǔ)備比超過(guò)限定值的程度和超過(guò)的個(gè)數(shù)。構(gòu)件安全度狀況同樣劃分為五等級(jí)：結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，可以確定構(gòu)件安全狀況的隸屬度向量：則由構(gòu)件安全度分析得到的維修等級(jí)為： （3）整體安全度整體安全度狀況的等級(jí)除考慮橋梁整體安全度指標(biāo)外，還應(yīng)考慮整天全度指標(biāo)衰減率。由構(gòu)件安全度分析得到的維修等級(jí)為： 橋梁維護(hù)多因素綜合決策分析的步驟 單因素維護(hù)決策評(píng)定 確定各因素權(quán)重系數(shù)W 將單因素評(píng)定結(jié)果歸一化，建立綜合決策矩陣RU 計(jì)算多因素綜合分析結(jié)果3.2 石拱橋加固方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選1）、建立石拱橋加固方案指標(biāo)評(píng)價(jià)體系 2）、構(gòu)造區(qū)間數(shù)表達(dá)的比較判斷矩陣

25、 3 )、 求解區(qū)間數(shù)權(quán)向量4）、各層元素對(duì)總目標(biāo)的合成權(quán)重 4 )、方案優(yōu)劣排序，選擇最佳加固方案。3.3 石拱橋加固經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)石拱橋加固經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的目的：一是評(píng)價(jià)加固項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是否可接受，二是在投資有約束時(shí)按效益高低對(duì)加固項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)先排序。六、主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)1、根據(jù)調(diào)研資料，歸納出服役石拱橋最典型病害七種，分析了產(chǎn)生病害的主要原因和相關(guān)因素，在設(shè)計(jì)、施工、材質(zhì)上提出具體防治措施和要求；2、通過(guò)石料單軸、三軸試驗(yàn)和砌體單軸、壓剪試驗(yàn)獲得了實(shí)體工程-烏巢河大橋的石料和砌體的本構(gòu)關(guān)系；3、通過(guò)石拱橋拱軸線、平鉸拱、拱上聯(lián)合作用的研究，取得了一整套更符合石拱橋受力特點(diǎn)計(jì)算理論，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的石拱橋內(nèi)力分析SAB軟件；4、根據(jù)研究的石料及砌體工程的本構(gòu)關(guān)系和平鉸拱理論，建立大轉(zhuǎn)動(dòng)、小應(yīng)變條件下的幾何非線性和材料非線性的單元切線剛度矩陣 ，使平鉸理論