腹拱

腹拱的跨徑一般選用2.5~5.5米，也不宜大於主拱圈的1/8~1/15，其比值隨著主拱圈的跨徑增大而減小。腹拱的拱圈可採用板拱，雙曲拱，微彎板和扁殼等形式。

對雙曲拱橋腹拱裂縫對拱橋結構整體性與穩固性的破壞，從雙曲拱橋腹拱裂縫的類型區分出發，從錨噴混凝土加固法、粘貼鋼板加固法及粘貼纖維材料加固法三方面對於拱橋腹拱裂縫病害處理、增強橋樑承載能力做了初步的思考。

依據危舊雙曲拱橋的數據調查，超負荷運營的空腹式雙曲拱橋腹拱大多存在有不同程度裂縫病害，主要包含三類：腹拱圈裂縫、蓋梁和底梁的裂縫、立柱或橫牆的規律性裂縫。

腹拱圈裂縫

可分為腹拱橫向裂縫與環向裂縫，其中前者較為嚴重，對於拱橋結構的影響程度也更深。其中，橫向裂縫成因主要是：雙曲拱橋在腹拱多採用預製混凝土構件，多孔構成連拱，簡易鉸無法滿足主拱變形需要。環向裂縫則多是由溫度變化、混凝土收縮等造成的，一方面，主拱圈橫向的不均勻變形，造成腹拱墩台位移變形、不均勻下沉，進而引發腹拱環向開裂，大致等同於污工拱橋存在的縱向開裂病害。另一方面，傳統雙曲拱橋勾縫水泥砂漿標號偏低，腹拱圈預製分塊過多，拱橋存在有先天整體性差的缺陷。

蓋梁和底梁裂縫

通過雙曲拱橋病害的相關調查數據分析顯示，立柱蓋梁和底梁中的裂縫病害同樣較為突出。這主要是因為結構橫向聯繫不足，尤其是在主拱圈橫向出現不均勻變形的狀況下，各立柱的不均勻沉降，會直接或間接地誘發蓋梁裂縫病害。立柱底梁也是如此，彈性地基連續梁長期處於豎向集中力的受力狀態，若底樑上緣配筋太少，甚或未配筋，裂縫的產生也是毫無疑問的了。

立柱或橫牆的規律性裂縫

主要是在混凝土收縮和徐變、活載以及溫度變化作用環境中，主拱圈下撓，導致立柱或橫牆兩端拉裂。相對來說，短橫牆與立柱的抗推剛度較高，在主拱圈下撓的影響下，兩端裂縫較大。若出現各排立柱或橫牆抗推剛度協調性低、相差較遠時，就會更近一步地加重裂縫病害的發展。

雙曲拱橋裂縫病害的存在很大程度上對結構整體性和耐久性、剛度及承載能力起到了嚴重的破壞作用。因此，處理拱橋各部位的裂縫病害，關鍵在於保障拱橋結構穩固、增強橋樑承載能力。其中，關於處置雙曲拱橋腹拱裂縫、穩固拱橋結構主要包括三種方法：

錨噴混凝土加固法

由於墩台地基沉降，長期超載營運，或主拱圈承重構件截面較窄等引起腹拱開裂、變形的，可通過錨噴混凝土加固法聯結成新的整體受力結構，在恢復原結構變形協調性的基礎上，進一步根治拱橋結構因裂縫誘發的局部應力集中病害，使之能繼續運營並承受更大的外荷載。

粘貼鋼板加固法

貼鋼加固法從加固理論上來說，就是通過增強主拱圈強度實現橋樑加固的目標。為有效降低或緩解腹拱裂縫對於拱橋整體結構的破壞，貼鋼加固法通過使鋼板、被加固構件間實現整體受力，能很好地增強橋樑結構的抗彎能力與抗剪切強度，達到修復雙曲拱橋建設功能的預期目標。

粘貼纖維材料加固法

相較於其它加固手段，粘貼纖維材料加固法能有效擴展恆載及斷面尺寸，封閉腹拱圈內的混凝土裂縫，可適應不同構件形狀，在不致構成對原結構產生新損傷的前提下，適應不同構件形狀，具有成型、施工簡便和耐腐蝕的優點。

圬工式腹拱的砌石風化、砌縫開裂、漏水是公路拱橋的一種常見病害，以某雙曲拱橋為例，介紹了在腹拱實施噴射水性環氧砂漿的修復與加固措施，包括噴射漿材組分的選擇，配合比及施工工藝要點。

修補工程所採用的有機高分子聚合物（環氧樹脂）系一種互穿網路高分子材料，擁有不同高分子的互補和協同效應，體現出高分子合金的性能，因此由它製備的聚合物砂漿或混凝土具有優越的性能，常用於混凝土路面的快速修復，補強加固工程。水性環氧樹脂聚合物水泥砂漿具有以下主要特點：

（1）高強早強：抗壓、粘結等物理力學性能遠優於普通水泥砂漿。

（2）自流性：可填充全部空隙，滿足結構二次灌漿的要求。

（3）無收縮：保證噴層與基面之間緊密接觸。

（4）水乳環氧基：環氧樹脂與高品質硬化劑共同作用，耐久性強，且無毒、易清洗，符合綠色環保要求。

（5）抗蠕變性：在惡劣物理工況下長期使用而無塑性變形，保證腹拱結構的耐久性。

1材料選擇

水性環氧樹脂聚合物水泥砂漿的施工與水泥砂漿基本相同，可以攤鋪也可噴塗，與普通水泥砂漿相比具有許多優點，其抗裂性較普通水泥砂漿好得多，對老混凝土（或圬工結構）的粘結強度好，抗水、抗鹽分的滲透以及耐凍融的性能很好，是一種性能較好的防腐蝕和修補加固材料。

2聚合物（水性環氧樹脂）水泥砂漿作用原理

聚合物（水性環氧樹脂）水泥砂漿是一種新型的結構修補材料。它是採用水性環氧和特種水泥等配製而成的產品，具有粘結力強、抗滲透、耐磨性好、韌性高以及耐候性佳等特點。由於水性環氧樹脂及其它活性成分的摻入，改善了材料的物理、力學及耐久性能。

3主要原材料及選用

本材料的主要組分包括水性環氧樹脂、細骨料、特種水泥、密實劑、緩凝劑、水等。

在腹拱噴射水性環氧砂漿的工序包括基層處理、砂漿配製、砂漿配製、砂漿打底、噴射施工、抹面、養護等，各工序技術要點如下：

1基層處理

2砂漿配製

按設計配合比進行人工配製聚合物水泥砂漿的配製，拌勻后的砂漿不宜反覆攪拌和中途加水。

3砂漿打底

聚合物水泥砂漿噴射前，應採用聚合物水泥砂漿噴射一道薄層，力求薄而均勻，隨即進行噴射施工。

4分段施工和隔段施工

採用擠壓式砂漿泵噴塗施工至設計厚度，一次施工面積不宜過大，操作速度要快。大面積施工時，應分段施工或隔段施工。間隔距離可根據現場施工條件而定，施工縫寬度為0。8～1。4cm。施工縫或中間的地段應在不少於24h后才補平。留縫時應與底層縫隙錯開。

5抹面

聚合物水泥的施工可用鋼抹刀進行，將濕砂漿在分段上攤平並用抹刀壓實。抹面后的聚合物水泥砂漿不宜反覆抹壓，尤其在通風較好的環境中更不能反覆抹壓。聚合物水泥砂漿施工完后，不能像普通水泥砂漿那樣等若干時間后（初凝后）再用抹刀壓光一次，因為反覆抹壓會使表面形成的膠膜斷裂而產生龜裂。

6養護

聚合物水泥砂漿噴射施工完畢后，必須濕養護48~72小時方可開放交通。

公路橋樑技術狀況評定標準沒有對空腹式拱橋腹拱、立柱出現的病害進行評價，在一定程度上提高了空腹式拱橋的總體技術狀況評定分數及技術狀況等級，導致在橋樑維修加固時忽略對腹拱病害進行處理，達不到對橋樑進行維修加固的目的。為得到更為合理的總體技術狀況評定分數及確定技術狀況等級，從自重應力、脈衝激勵、車輛荷載等方面對比腹拱與主拱在應力的計算結果，得到拱橋腹拱、立柱病害應扣除的比較合理的分數，並通過在實例上進行應用研究，得到更為準確的橋樑總體技術狀況評定分數。

腹拱對於整個上部結構受力起著非常重要的作用，一旦其在橋樑運營過程中發生破壞，會直接影響整個拱橋的受力特徵。

有限元模型的分析計算主要通過不同的工況的模擬完成，工況1：僅考慮空腹式拱橋在自重應力作用的反應，分析兩側腹拱及主拱的響應；工況2：考慮車輛靜荷載、自重應力荷載共同作用下的腹拱及主拱的響應；工況3：考慮車輛脈衝荷載、自重應力荷載共同作用下的腹拱及主拱的響應；工況4：根據公路橋樑荷載規範分別考慮縱向、橫向以及縱向、橫向地震共同作用下的腹拱及主拱的響應。

由於拱橋在自重作用下，拱橋兩側結構反應相互對稱，所以按軸對稱問題研究空腹式拱橋在自重應力作用下的響應和腹拱圈、主拱圈的應力以及立柱柱底、主拱腳的應力。

橋樑為二級幹線公路，重型車輛較多，靜車輛荷載作用下，車道荷載取公路－II級標準，集中荷載取P=270kN，均布荷載取q=7.875kN/m，車輛荷載按標準指標選取，取為550kN。

半周正弦脈衝力是介於三角形與矩形波荷載之間的一種脈衝反應分析方法，其更符合實際工程應用。

公路橋涵設計通用規範，橋樑設計採用公路－II級車道荷載，考慮車輛荷載拱橋結構的半周正弦脈衝力作用下結構的響應。

空腹式拱橋在自重應力、標準軸靜載、標準軸動載、地震作用各工況下腹拱、主拱所受的應力及其比值，探討得出空腹式拱橋腹拱出現的滲水、風化等病害應扣除一定的分值，否則會造成對拱橋的病害評估不足，影響空腹式拱橋維修加固質量，使空腹式拱橋維修加固后達不到預期的使用效果。