大跨度拱桥加固工程的设计方法？
大跨度拱桥加固方案通常包含复杂的施工内容和步骤。在整个桥梁加固过程中，往往需要对主拱圈进行加固，对拱架上的建筑物进行加固，并通过增加截面或粘贴的方式对桥面系进行拆除和更换。无铰拱是一种三次超静定结构。在复杂的加固施工过程中，刚度分布的变化、拱上荷载加卸载顺序的变化以及这两方面的不同组合，即采用不同的施工顺序进行加固，都会对加固过程中和加固后结构的内力分布产生重大影响。更重要的是，在拆除拱上建筑物的过程中，主拱圈轴线与荷载压力线的偏差越来越大。如果加固顺序设计不当，容易导致拱圈开裂等病害。因此，加固顺序和加载方案设计是大跨度拱桥加固过程中的关键问题，对加固的安全性和结构的承载能力及状态有重要影响。关于拱桥加固顺序的设计，以某石拱桥的加固为例，对不同施工过程中的内力进行了分析比较，提出了合理的加固工艺。通过调整建筑荷载在拱上的位置，控制恒载压力线与拱轴线的偏差，以减小裸拱圈的内力，利用影响线得到建筑对拱的合理荷载调整过程。
一、合理钢筋顺序设计的理论基础
为了使拱桥在加固时处于安全状态，加固后处于理想的受力状态，需要保证主要受力构件——主拱圈具有足够的强度、刚度和稳定性，同时设计好加固顺序。对于加筋拱桥和加筋拱桥，除了一些特殊状态外，结构稳定性问题并不突出；结构刚度是通过加固后桥梁在活载作用下的挠度来体现的，所以在加固过程中不太考虑。总之，拱桥加固顺序的设计应以主拱圈的强度即承载力为主要指标。当然，加固顺序确定后，必须对加固过程中各阶段结构的强度、刚度和稳定性进行全面透彻的计算，以确保桥梁的安全。
偏心距是1.1拱桥结构承载力的关键参数，也是拱桥的主要受力构件，通常每个截面上同时有弯矩和轴力。按压弯曲构件进行分析。截面上合力的偏心距是压弯构件承载力计算中的一个关键参数。对于圬工拱桥，必须根据不同范围内的偏心距采用不同的方法和公式计算承载力。根据《公路圬工桥涵设计规范》,当偏心距e ≤ [E0] (e = m/n，其中m和n分别为截面上的弯矩和轴力)时，承载力按公式(1)计算:
(1)
当e > [E0]时，截面抗力按公式(2)计算:单向偏心距:(2a)
双向偏心率:(2b)
理论分析和大量桥梁计算结果表明，右侧公式(2)计算的抗力通常小于荷载效应，而右侧公式(1)计算的承载力往往满足要求，即当截面上的合成偏心距e≤[e0]时，该截面的承载力是足够的，反之亦然。据此，作者通过偏心距e与[e0]的相对关系来反映结构的承载力是否满足。设计配筋顺序时，计算各截面的偏心距e，并保证e始终在其允许值[e0]的包络范围内；如果某一阶段e≤[e0]不满足，将调整加固顺序，直到e不超过限值。拱桥加固施工顺序确定后，必须对各施工阶段的承载力进行验算，确保加固过程中各节段的承载力始终满足要求，结构始终安全可靠。因此，用偏心距与其允许值的相对关系来描述承载力能否满足是合理有效的。
1.2偏心影响线
为了充分利用偏心距e来辅助配筋顺序设计，引入了偏心影响线的概念。偏心影响线是指移动单位荷载作用于结构时，截面合成偏心的变化规律(曲线)；根据e的计算方法，可以由弯矩M和轴力N的影响线计算出偏心距的影响线，即截面M影响线的影响值除以N影响线上相应位置的影响值。偏心影响线综合反映了M影响线和N影响线的变化规律。偏心影响线的重要作用在于，它可以用来直观、方便、准确地指出拱的哪一段在加荷或卸荷时可以增大或减小该段的合成偏心，即使合成偏心的变化是受控的。
1.3拱桥合理配筋顺序设计的主要措施和技术手段
在拱桥加固的顺序设计中，应综合考虑拱圈的加固、拱上建筑物的拆除重建以及其他恒载的加载和卸载。主拱圈的刚度和强度分布因配筋顺序的改变而改变，从而导致体系内力分布规律的改变。从加固顺序设计的角度来看，这种随施工而发生的结构变化虽然增加了设计的复杂性，但合理利用后也可以成为一种调控手段——通过控制结构变化来达到更好的加固效果。因此，在设计拱桥合理的加固顺序时，可以采取的主要措施和技术手段有:①主拱圈各节加固顺序的调整；②加载(卸载)程序设计；(3)必要时，调整配重。总之，原则上，拱桥合理的配筋顺序设计是通过施工时控制偏心距e不超过其允许值[e0]来实现的；具体实现手段包括调整拱圈加固顺序、加载(卸载)顺序和配重。在上述调节过程中，结构在加固过程中处于安全状态，加固后处于理想的受力状态。
二、钢筋顺序设计法-步线法
2.65438+
台阶线法的总体思路是:选取控制截面并画出相应状态下偏心的影响，建立截面偏心的台阶线图；在初始状态(n = 0)下，在台阶图上指出偏心距实际值及其允许值在断面上、下边缘的对应点(即上下线点)，将上线点与横轴、下线点与横轴的距离划分为m段(本文中m = 4)形成后续控制台阶，* *对应m+1台阶。选择n(≤m+1)步线作为后续设计的控制(步)线；在每一阶段的配筋顺序设计中，根据当前阶段实际偏心值与控制步线的相对关系，在偏心影响线上选择合适的配筋/加载内容后，计算下一阶段的偏心和控制步线点，并保证实际偏心在控制值范围内；用同样的方法完成所有加固阶段的顺序排列。在采用步线法设计的过程中，建议:
2.1.1将所有的配筋构造内容按其对截面的作用进行分类，例如通过采用这种配筋措施后增大或减小截面的偏心距，将所有的配筋内容分为两类；这样，在设计过程中，我们就可以根据需要从两个类别中快速选择合适的一个。
2.1.2为了使加固过程中结构的变形和应力稳定，从整个加固过程的大局出发，应避免相邻两阶段的偏心。
2.1.3在加固工程中，断面扩大的主拱圈断面的施工会直接改变断面的重要参数，这些阶段应安排在最大或最小偏心距之前。
2.1.4要结合实际工程经验提高速度。需要指出的是，步线法只能为具体的圬工拱桥提供一个可用的加固顺序，这个加固程序并不是最优的。但是，现有的加固顺序可以通过迭代过程使用类似的方法根据约束或指标逐步优化。
2.2加固顺序确定后的验算和监测
为了保证加固的安全顺利实施，在确定加固顺序后，需要进行检查(计算):①各阶段承重结构的强度是否满足要求；(2)若存在裸拱状态，其在自重和荷载作用下的纵向和横向稳定性是否满足要求；③各阶段主拱圈挠度控制点的挠度值。在整个加固施工过程中，必须仔细监测每个挠度控制点的挠度，并与上述计算结果进行比较。当实测挠度过大或出现不对称变形等异常现象时，应立即分析原因，及时采取措施或调整加固顺序。
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