大跨徑拱橋加固工程設計方法？
大跨徑拱橋的加固方案通常包括較復雜的施工內容與步驟，在全橋加固過程中，常須采用增大截面法或粘貼法等增強主拱圈、加固拱上建築與拆除和更換橋面系。無鉸拱屬於三次超靜定結構，在復雜的加固施工過程中因拱結構自身的加固增強而帶來的剛度分布變化、拱上荷載加/卸載順序變化及其這兩方面的不同組合即采用不同施工次序實施加固，都會對結構在加固中及加固後的內力分布產生顯著影響。更為重要的是，拱上建築拆除過程中，主拱圈軸線與荷載壓力線的偏離越來越大，如果加固次序設計不合理極易造成拱圈開裂等病害出現。因此，大跨徑拱橋加固過程中加固次序和加載程序設計是關鍵問題，對加固的安全性和結構的承載力、承載狀態具有重要影響。就拱橋加固次序設計問題，以壹座石拱橋的加固為示範，進行不同施工過程的內力分析、比較，並提出合理的加固工序；並通過調整拱上建築布載的位置，控制恒載壓力線與拱軸線的偏離以減小裸拱圈內力，運用影響線得出拱上建築合理的調載工序。
壹、合理加固次序設計的理論基礎
為了使加固過程中拱橋處於安全狀態而加固後處於較理想的承載狀態中，必須保證主要承載構件——主拱圈有足夠的強度、剛度與穩定性，同時設計良好的加固次序。對於加固中與加固後的拱橋，除了壹些特殊狀態外結構的穩定性問題並不突出；結構剛度，是通過加固完成後橋梁在活載作用下的撓度體現，因此其在加固過程中考慮也不多。簡而言之，拱橋加固次序設計應以主拱圈的強度即承載能力作為主要指標。當然，在加固次序確定後，須對加固過程中每個階段結構的強度、剛度、穩定性都作全面徹底計算以保證橋梁的安全。
1.1拱橋結構承載能力關鍵參數——偏心距，拱橋的主要承載構件——主拱圈，通常各截面上同時存在彎矩和軸力，按壓彎構件進行分析。在壓彎構件的承載能力計算中，截面上合力的偏心距是壹個關鍵參數。對於圬工拱橋，根據偏心距在不同的範圍須采用不同的方法、公式計算承載能力。根據《公路圬工橋涵設計規範》，當偏心距e≤[e0]（e＝M/N，M和N分別為截面上的彎矩和軸力）時，采用式（1）計算承載力：
（1）
當e＞[e0]，則用式（2）計算截面抗力：單向偏心：（2a）
雙向偏心：（2b）
理論分析與大量橋梁計算結果都表明，采用式（2）右側算式計算得到的抗力通常小於荷載效應，而式（1）右式計算所得承載能力常滿足要求，即：當截面上合力偏心距e≤[e0]則截面承載力足夠，反之則不足。據此，筆者以偏心距e與[e0]之間的相對關系反應結構承載能力是否滿足。在加固次序設計時，計算各截面偏心距e，並確保e始終在其容許值[e0]的包絡範圍內；如果在某階段不滿足e≤[e0]，則對加固次序進行調整直至e不超限為止。在拱橋加固施工次序確定後，須對每個施工階段承載力進行驗算，以確保加固過程中各截面的承載能力始終滿足要求、結構始終是安全和可靠的。因此，用偏心距及其容許值之間的相對關系刻畫承載力能否滿足是合理、有效的。
1.2偏心距影響線
為了充分利用偏心距e輔助加固次序設計，引入了“偏心距影響線”的概念。偏心距影響線，是指當移動的單位荷載作用於結構上時某截面的合力偏心距的變化規律（曲線）；根據e的計算方法可由彎矩M和軸力N的影響線計算得到偏心距影響線，即將截面的M影響線的影響量值除以其N影響線上對應位置的影響量值便得。偏心距影響線綜合體現了M影響線與N影響線的變化規律。偏心距影響線的重要作用，在於加（卸）載程序設計過程中通過它可以很直觀、方便且精確指出在拱上哪個區段加載或卸載可以使該截面的合力偏心距增大或減小最多，即便於控制合力偏心距的變化。
1.3拱橋合理加固次序設計的主要措施與技術手段
拱橋加固次序設計須將拱圈加固增強、拱上建築拆除和重建、其它恒載的加和卸放在壹起綜合考慮；主拱圈因加固增強次序改變而發生全拱剛度和強度分布上的變化，從而導致體系的內力分布規律隨之而變。從加固次序設計角度而言，這種隨施工進行而來的結構上的變化雖然增加了設計的復雜性，但是合理利用後也可以成為壹種調控的手段——通過控制結構變化達到更優的加固效果。因此，在拱橋合理加固次序設計時，可以采用的主要措施與技術手段有：①主拱圈各區段加固增強次序的調整；②加（卸）載程序設計；③必要時，采用配重調整。總之，從原理上講，拱橋合理加固次序設計是通過控制施工過程中偏心距e不超過其容許值[e0]來實現的；具體實現的手段，包括調整拱圈加固次序、加（卸）載序次序與配重。在上述調控過程中，達到加固過程中結構處於安全狀態下、加固後處於較理想的承載狀態的目的。
二、加固次序設計方法——階線法
2.1加固次序設計方法——階線法及步驟在筆者提出的加固次序設計方法——階線法中，階線是指將各加固階段截面合力偏心距的控制值為縱坐標、對應加固階段次序號為橫坐標的點依次連接而得到的線，這條線通常是隨加固次序變化而變的線。
階線法總體思路為：選定控制截面並繪制相應狀態下的偏心距影響，建立截面偏心距階線圖；初始狀態下（N＝0），在階線圖上點出偏心距實際值及其在截面上、下緣的容許值對應點（即上、下階線點），並將上階線點和橫軸與下階線點和橫軸之間的距離分別等分為m段（本文中m＝4）以形成後續的控制階線、***對應m+1條階線；選擇第n（≤m+1）條階線作為後續設計的控制（階）線；在加固次序設計的每個階段中，根據當前階段實際偏心距值與控制階線之間的相對關系，在偏心距影響線上選擇合適的加固/加載內容後計算出下壹階段的偏心距與控制階線點位，並確保實際偏心距在控制值範圍內；采用相同的辦法完成全部加固階段的先後次序安排。采用階線法設計過程中，建議：
2.1.1將全部加固施工內容按其對截面產生的效果進行分類，比如按采用該項加固措施後使截面偏心距增大或減小而將所有的加固內容分為兩大類；這樣在設計過程中可以根據需要從兩類中快速選取合適者。
2.1.2為使結構在加固過程中，變形、受力均平穩，從整個加固過程全局入手應避免相鄰兩個階段偏心距出現大起大落。
2.1.3在加固項目中，諸如增大截面所在的主拱圈區段施工將直接改變截面重要參數，這些階段應安排在偏心距值最大或最小階段之前。
2.1.4宜結合實際工程經驗以提高速度。需指出，采用階線法只能提供給特定圬工拱橋加固的壹個可用的先後次序，這個加固程序並不是壹個最優的。但是，采用類似的方法通過叠代過程能將已有的加固次序按約束條件或指標逐步優化。
2.2加固次序確定後的驗算與監測
為保證加固的安全順利實施，在加固次序確定後須驗（計）算：①在所有階段承重結構強度是否滿足要求；②如出現裸拱狀態在自重與荷載作用下其縱、橫向穩定性是否滿足要求；③在所有階段主拱圈撓度控制點的撓度值。在整個加固施工過程中，須認真監測各撓度控制點的撓度，並與上述計算結果對比。當實測撓度過大或出現不對稱變形等異常現象時，應立即分析原因，並及時采用措施或調整加固次序。
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