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【摘要】拱桥是中小跨径公路桥梁中最常用的一种结构形式，然而，由于材料的老化和结构整体病害、车辆的超载运输、自然灾害以及施工养护方面等原因，导致在役拱桥出现了大量病害，其中，主拱圈存在的结构裂缝较为严重影响到了拱桥的受力性能和耐久性。为切实有效地评估桥梁的实际技术状况，本文在深入分析拱顶不同裂纹深度对于拱桥承载力的影响，基于以上研究，为后续拱桥加固提供定量依据。
【关键词】桥梁工程；加固；既有裂纹；承载力
1、引言
从上世纪 60～70 年代以来，我国的交通建设面临新建任务和旧桥加固改造任务双重任务的重任，因为在已经建成使用的桥梁中，由于材料的老化和结构整体病害、车辆的超载运输、自然灾害以及施工养护方面等原因，导致承载能力不足，使用情况令人担忧，从而成为旧危桥。面对数量纵多，使用范围极广的旧危桥，根据桥梁的重要性和结构易损性的详细评估结果，拆除重建不仅投资巨大，而且在新建期间社会会为之付出更高昂的代价，所以，力图通过加固修复再使用。综上所述，旧桥加固将占据越来越重要的地位。目前，国内针对拱桥加固前期裂纹评估研究数量相对较少，本文旨在分析拱圈裂纹对拱桥承载能力影响，为加固前期提供科学定量的理论依据。
2、拱圈计算模型
2.1 有限元模型建立
模型拱计算跨径5m，矢高0.5m，拱肋宽0.4m，拱轴系数2.24，如图所示。
裂纹采用切缝处理，长10mm，宽0.003m，裂缝高度为截面高度0%，30%，45%，60%，75%，90%，裂纹位于拱顶截面，下表面，加载为拱顶集中力加载。
共建立8个有限元模型，各个模型参数如表1所示，裂纹深度为截面高度的百分比。
2.2 模型材料参数选取
采用ABAQUS内自带的混凝土塑性损伤模型对加固效率进行研究，原拱圈材料为C40混凝土，材料特性选用ABAQUS内的Concrete Damaged Plasticity。
参照中国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）定义C40混凝土本构关系。有限元模型中材料参数见表2。
2.3既有不同深度裂纹理论结果分析
损伤计算结果具体见图3（例举30%拱圈截面受损）：
从图3中可以看出，裂纹周边有一个应力释放区域，裂纹尖端压应力较大。
从数据可看出，拱圈截面拉应力随着裂纹开裂程度的增大，有下降段釋放能量的过程，但裂纹超过60%时，又开始上升，而压应力随着拱圈裂纹深度的增加，一直呈现上升趋势，这与整个截面有效受压面积减少呈正相关。
结语：
本文在对主拱圈加固深入分析的基础上，结合ABAQUS有限元分析软件中的塑性损伤模型，对既有裂纹拱圈应力水平及承载力进行研究，研究结果表明：
（1）随着主拱圈开裂程度的增加，主拱圈刚度下降明显；
（2）主拱圈裂纹增大同时，裂纹周边拉应力存在释放-增加-释放的波动过程；
（3）随主拱圈裂纹增大，主拱圈有效截面损伤增加，主拱圈内压应力单向增加。
参考文献：
[1] 周建庭.大中型桥梁加固新技术[M].人民交通出版社， 2010.
[2] 杨文渊，徐犇.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，1989：2-4
[3] 刘思孟.钢筋砼套箍封闭主拱圈加固拱桥技术研究[D].重庆交通学院， 2004.
[4] 周建廷.钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固拱桥研究[J].公路， 2002（1）：44-46.
[5] 聂建国， 王宇航. ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究[J].工程力学， 2013（04）：59-67.
【关键词】桥梁工程；加固；既有裂纹；承载力
1、引言
从上世纪 60～70 年代以来，我国的交通建设面临新建任务和旧桥加固改造任务双重任务的重任，因为在已经建成使用的桥梁中，由于材料的老化和结构整体病害、车辆的超载运输、自然灾害以及施工养护方面等原因，导致承载能力不足，使用情况令人担忧，从而成为旧危桥。面对数量纵多，使用范围极广的旧危桥，根据桥梁的重要性和结构易损性的详细评估结果，拆除重建不仅投资巨大，而且在新建期间社会会为之付出更高昂的代价，所以，力图通过加固修复再使用。综上所述，旧桥加固将占据越来越重要的地位。目前，国内针对拱桥加固前期裂纹评估研究数量相对较少，本文旨在分析拱圈裂纹对拱桥承载能力影响，为加固前期提供科学定量的理论依据。
2、拱圈计算模型
2.1 有限元模型建立
模型拱计算跨径5m，矢高0.5m，拱肋宽0.4m，拱轴系数2.24，如图所示。
裂纹采用切缝处理，长10mm，宽0.003m，裂缝高度为截面高度0%，30%，45%，60%，75%，90%，裂纹位于拱顶截面，下表面，加载为拱顶集中力加载。
共建立8个有限元模型，各个模型参数如表1所示，裂纹深度为截面高度的百分比。
2.2 模型材料参数选取
采用ABAQUS内自带的混凝土塑性损伤模型对加固效率进行研究，原拱圈材料为C40混凝土，材料特性选用ABAQUS内的Concrete Damaged Plasticity。
参照中国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）定义C40混凝土本构关系。有限元模型中材料参数见表2。
2.3既有不同深度裂纹理论结果分析
损伤计算结果具体见图3（例举30%拱圈截面受损）：
从图3中可以看出，裂纹周边有一个应力释放区域，裂纹尖端压应力较大。
从数据可看出，拱圈截面拉应力随着裂纹开裂程度的增大，有下降段釋放能量的过程，但裂纹超过60%时，又开始上升，而压应力随着拱圈裂纹深度的增加，一直呈现上升趋势，这与整个截面有效受压面积减少呈正相关。
结语：
本文在对主拱圈加固深入分析的基础上，结合ABAQUS有限元分析软件中的塑性损伤模型，对既有裂纹拱圈应力水平及承载力进行研究，研究结果表明：
（1）随着主拱圈开裂程度的增加，主拱圈刚度下降明显；
（2）主拱圈裂纹增大同时，裂纹周边拉应力存在释放-增加-释放的波动过程；
（3）随主拱圈裂纹增大，主拱圈有效截面损伤增加，主拱圈内压应力单向增加。
参考文献：
[1] 周建庭.大中型桥梁加固新技术[M].人民交通出版社， 2010.
[2] 杨文渊，徐犇.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，1989：2-4
[3] 刘思孟.钢筋砼套箍封闭主拱圈加固拱桥技术研究[D].重庆交通学院， 2004.
[4] 周建廷.钢筋混凝土套箍封闭主拱圈加固拱桥研究[J].公路， 2002（1）：44-46.
[5] 聂建国， 王宇航. ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究[J].工程力学， 2013（04）：59-67.