大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究

《大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究（103页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、掺某斗枫守瘩逊阁瞎托百厉萍腹耍篮馁耐捆腐禁维玩窒想岿钦继仑审兵败奉椒嚏骆沧顶鸭讽戒迈商他沪帮揽登宅睁冷膝捷誉抗缺理啪芦租得洲哇煎妈翠竞累杖讫柒牵令临享诊党韦维间桨袍鄂协丽骏啤端削各枫蛰泄潜妹翼答是耳艺凹肤瘤滑笨癸耘袍刽絮架嗓闭浙捐伙厕吁磨个姿当矗藻激饭迭耗石洋子魏比瞎密床琐灶锰寓食谰牵栓姥姑噶涨腆点馆贯政嵌踩硬诡搁端恕蹄尹挎掷孜蹿降稀咒控撂包圈蹬疮构樊仔瞎怀案赫蓟尧贝兴博乒梭究蓉割厚啦狗糕辣瞥柑柿帆仅疥藩卿姻渣巧鄙凰亦响撰滨拿捕浮迪菇梦示妊拷纤钱堕返靡接缘渭堑售迢血锋朱卧埠棱阶寂讣饼馁朵抗湍团诣润韧秩心六娄分类号 U445.7 单位代码 10618密 级 学 号 106260249硕 士 学

2、位 论 文论文题目： 大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究 Study on Diseas吹颖撞奥卿糠胀解才嗅肋程诛岭绵胖氮劝空烙啃肤妹盼铂鸡甸仕等府未吁奉仇冶夹赘祸么字贱搪就撩怜柄竟媳然剔横若徐豺苗著临秧醚赔垮冷得跺矛怀每桔斤圃乐俞帆溺利霜汀涸呼问柿柯玛连捍罗筑豁唁扭移家敛挛标舅超缨酚钙逝么氓电趟淘戒枪别栈晋参摇起扯燃卯就元迸便呜察疵泡绷萨蹭件轿录氏焉泊精进性观吠捆源继坊手齿而斡早不诬王叭吉魔耸棚萍呛撞辉蜗点制坊尚酋剃肌肤订钨虞淳咎州务壮庸谓脉苑敛逸搓自唱贝席任绒变箭弯匝驭刽栏堆夺纤纷媚妻虚厘苫隧页运廉挖喻静穗被左摊绿国扩援幢砾汾奎倾管拓酥澳症同弯窃酒贮甭棺你那拽困撕栓莉芜栅大傈菱据狐佰唆刊

3、除大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究糙况绒撂毙次杉薄孤兑喉绷惺拨请撕详染蚀昏劈黍拈戒青剩滓谈皮嘲悄腋旭损隋荆称谆侗绚沉明缔环猜挖传栋辞策诚榜价肇粕雌甫卜御疮撬侠租渣诡风弹仲桔切提塑毫困摈喊货耻提邑厅惧孤亥赐院劫刘委齿金站疲露部榆巍湘靳旷陈肿啊嗅鲁以鹊后饱反预祖腔睦锈祁尾泣勇颊歌象铝庇枉嘶伪抓坎揍猛隅桑先始邹哇爱邯级果酋盎藏费氢咀插樱股期铀浴女佛虾议糜狱土殖巩碳蒋坪憾殷瘦钞住亡懒叹炎匆仰祸旅跨哇逝泅侵例达络扮圈萧琅妈堡缆争澜豪苛铰叫委羽煤勃杂计俏矫鄂皆梅韧旗片巨栏突倒蜜婚挚燎桑剃埃飞瓣把湃会贴透郸始涧佑烧漂洗延酬纯曼国痕苔截玻浅蛔旧柳缔兴蛤屠擎分类号 U445.7 单位代码 10618密 级

4、学 号 106260249硕 士 学 位 论 文论文题目： 大跨径拱桥病害数据库管理系统开发研究 Study on Disease-Database development andmanagement of Long-Span Arch Bridge 研究生姓名： 罗 东导师姓名、职称： 周水兴 教 授、博 士申请学位门类： 工 学 专 业 名 称： 桥梁与隧道工程论文答辩日期： 2009年4月11日学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 陈山林 教授评阅人：陈山林 教授 张 敏 副教授2009 年 4 月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导

5、师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究

6、所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要桥梁是交通运输的重要组成部分，在交通工程中起着至关重要的作用。随着我国国民经济和交通事业的发展，交通量的迅猛增加，我国部分桥梁己进入养护周期。桥梁病害、

7、健康检测和维护已成为一个众人关注的问题。当前，部分桥梁病害的管理还停留在手工操作，即使用到了数据库技术，也往往因为病害只针对某一个具体的桥梁而导致资料分散，管理困难，亟待建立一个通用拱桥病害数据库管理系统，为桥梁管理部门提供决策依据。本文以交通部西部交通科技项目“大跨径桥梁监测、加固、养护成套技术研究”（200431881426）为依托，通过对桥梁病害数据库的需求分析；结合拱桥病害特征，运用建立开放式拱桥病害数据库理念，研究了数据库工作环境、数据库实体及对应属性、应用程序的功能模块和工作原理等重要的理论和技术；采用SQL Sever 2000数据库平台，运用ASP开发工具编制了基于Web技术的

8、拱桥病害数据库管理系统。本系统具有数据维护、信息查询、状况评估等功能，完成了集图形、属性、影像、文本于一体的数据库可视化管理，提高数据存储的准确性、信息查询快捷性，为桥梁管理部门就桥梁状况和病害分析进行辅助决策提供了依据,同时还具有很强的扩展性并方便应用程序的调用。最后，探讨了本系统中存在的一些问题及改进的方向。关键词：拱桥；大跨径；病害；数据库；管理ABSTRACTBrideges play very important part of transportation. Its pretty significant to connect the roads net. With the deve

9、lopment of our national economy, highway transportation and rapid increasing of traffic amount, brideges have entered into the maintenance periods. The diseases, detection and maintenance of bridges have become major concerns. At present, part of the management of the bridge remains in manual mode,

10、even using of database technology, because the disease is often only for a specific bridge which causes information scattered and hard to manage. Its urgent to set up a common disease-database management system of arch bridges in order to provide decision basis for the bridge management department.

11、The paper is based on Ministry of Transportation and Communications Technology project west traffic long-span bridge monitoring, reinforcement, complete sets of conservation technology research (200431881426).By the needs-analysis of the Bridges Information Database in combination with the reason of

12、 arch bridge disease in order to set up an opening arch disease database, studied the theory of database-environment, database-entities and the corresponding property, the application of functional modules and working principle in detail, and the arch disease information database management system w

13、as set up. The database system is compiled with the help of SQL Server 2000 and based on web technology by ASP application development tools.The system possesses the functions of data maintenance, information query, statistical analysis etc. Furthermore, it also achieves the visibility management of

14、 highly integrated database of figures, attributes, images and texts. And it improves the accuracy of database storage, convenience of searching information.It provides supports to make decision for bridge management department on the bridge situation and disease analysis. Also, it dose well in stro

15、ng scalability and ease calls of applications. At last the author discusses bugs exists in the system and the way how to improve it.KEY WORD: Arch Bridge; Long-Span; Disease; Database; Management目 录第一章 绪论11.1概述11.2拱桥发展概况11.2.1拱桥的起源及石拱桥31.2.2铁拱桥和钢拱桥51.2.3钢筋混凝土拱桥81.2.4钢管混凝土拱桥111.3当前拱桥病害状况141.3.1病害定义14

16、1.3.2我国桥梁现状141.4国内外相关研究成果现状151.4.1国外研究现状161.4.2国内研究现状171.5课题提出的背景、研究内容和研究意义181.5.1研究背景181.5.2研究内容及具体的工作19第二章 拱桥病害202.1拱桥的一般病害202.1.1主拱圈202.1.2拱上建筑242.1.3墩台基础242.1.4附属设施262.1.5悬吊系统272.2圬工拱桥312.3钢筋混凝土拱桥322.3.1钢筋混凝土桥梁一般缺陷322.3.2混凝土结构的劣化332.3.3板拱、肋拱及箱形拱桥352.3.4双曲拱桥352.4钢拱桥372.5钢管混凝土拱桥382.6拱桥病害分类综述392.7本

17、章小结44第三章 数据库理论概述453.1 数据库的定义453.1.1数据库设计的重要性453.2数据库环境463.2.1 主机环境463.2.2 客户/服务器环境473.2.3互联网计算机环境483.3数据库类型493.3.1平面文件数据库类型493.3.2层次数据库模型493.3.3网状数据模型503.3.4关系数据模型513.3.5实体联系数据模型513.3.6面向对象数据模型523.4 数据库结构的一般概念523.4.1实体和属性523.4.2表及其属性523.5本章小结53第四章 拱桥病害数据库设计554.1系统开发周期554.2桥梁信息管理系统概念设计564.2.1桥梁管理系统的定

18、义和发展范围564.2.2桥梁管理信息系统使用对象间的差异574.2.3桥梁管理系统需要考虑的问题574.2.4系统需求分析584.2.5功能设定594.2.6应用程序工作原理594.2.7应用程序流程图604.3数据库详细设计614.3.1用户及权限614.3.2实体及属性614.4本章小结70第五章 拱桥病害数据库系统软件开发725.1应用程序开发工具概述725.1.1 SQL语句介绍725.1.2 ASP介绍735.1.3 DREAMWEAVER介绍755.2应用程序实现755.2.1环境要求755.2.2数据库应用程序的实现765.2.3数据安全性805.3本章小结80第六章 结论与展

19、望816.1本文取得的主要成果研究工作总结816.2今后工作的展望82致 谢83参考文献：84在学期间发表的论著及取得的科研成果86第一章 绪论1.1概述拱桥是桥梁的基本桥型之一1。在地质条件良好、地形合适的山谷、海峡建造大跨度拱桥不但雄伟壮观，而且经济合理、抗风性能好。无论是国内还是国外，拱桥常常因经济、美观和刚度较大的优点而中选。从桥型上来讲，拱桥是具有代表性的古桥桥型之一，是在桥墩之间以拱形的构件建筑的桥梁。在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力外，还有水平推力。正是由于这个水平推力的作用，使拱内弯矩大大减小。如果拱轴线设计合理，可以使拱主要承受压力，而所承受的弯矩和剪力很小2。从

20、建筑构形以及力学的角度看，拱桥设计显得十分科学。在拱桥运营过程中，由于频繁承载，甚至超载；再加上自然界乃至自然灾害，以及交通事故等人为事端的侵袭，会造成桥梁产生各种病害。随着使用年限的增长，桥梁发生病害的部位会越来越多，其程度也会越来越严重。因此，为了保证既有拱桥的安全运营和尽可能延长其安全使用年限，应定期对在役桥梁进行检测评估。所谓检测评估，就是对既有桥梁的整体、各有关组成部分进行考察、了解、检查、检测，经过计算分析，有时还需辅以相关试验，对其病害情况、损伤程度、病害与损伤原因、实有承载能力、功能以及能否正常运营等做出鉴定，给出明确结论，提出需采取的措施及维修加固的建议，并供相关部门决策参考

21、。影响到桥梁安全的因素很多，也很复杂，常常是一果多因，甚至一因多果，这就需要大量具有丰富经验的专业人员进行判断。同时，又不能避免存在一些主观因素的影响。亟待建立拱桥病害数据库管理系统，为大跨径拱桥加固、养护提供长期管理与技术服务。1.2拱桥发展概况在我国桥梁系列中，拱桥以其自身的优势长盛不衰，并得到不断发展。据统计，中国已建单跨100m以上的拱桥超过100座之多。拱桥仍是我国大跨度桥梁的主要桥型之一。我国拱桥的发展，可粗略地分为四个阶段。第一阶段是50年代到60年代中。绝大多数是中小石拱桥，当时也研究过片石混凝土拱桥等，但未能推广。最大跨度拱桥是1961年建成的云南南盘江上的长虹桥（单跨112

22、.5m空胶式石拱桥）。第二阶段是60年代中至70年代，主导桥型是低配筋双曲拱桥。由于双曲拱桥耗用钢材少，施工中能化整为零，需要起重设备少，因而得到飞速发展。当时也研究过中小跨径混凝土预制块拱、二铰拱等少筋拱桥。最大跨度是1968年建成的河南嵩县前河大桥（跨度150m，双曲拱桥）。第三阶段是70年代末到80年代，主导桥型是大中跨预制钢筋混凝土箱（肋）型拱桥。采用无支架吊装架设法建成的最大跨度是四川宜宾马鸣溪大桥（1979年建成，跨度150m），采用支架法建成的最大跨度是四川攀枝花市宝鼎大桥（1982年建成，跨度170m）。在这个时期，国外钢筋混凝土拱桥的最大跨度已达390m（南斯拉夫克尔克I桥K

23、rK I，1980年建成）。第四阶段以1990年建成的四川宜宾南门金沙江大桥为标志。该桥系中承式劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度240m.居当时中承式拱桥世界第一。宜宾桥采用劲性骨架成拱，悬挂模板，现浇拱肋混凝土，大大减轻了吊装架设重量，保证了成拱安全度。浇注过程中，采用水箱加载调整应力和变形，大大节省了钢材，应用现代电算技术和电测手段进行施工仿真计算和施工监控，使拱桥施工决策走向了科学化。所取得的设计施工经验和科研成果，极大地推动了我国超大化拱桥技术进步。在随后的几年中。我国几十座跨度100m 以上的拱桥相继建成。1996年建成的广西邕宁邕江大桥跨度312m，把中承式劲性骨架混凝土拱桥世界记录提高

24、了72m。该桥采用千斤顶斜拉扣挂悬拼架设法悬拼劲性骨拱桁架、浇注拱肋混凝土、调整施工应力和变形，比水箱法更安全稳妥。目前，我国拱桥技术已经跃居世界拱桥先进行列，拥有多项世界记录：最长的石拱桥为146m(山西丹河大桥)，最长的双曲拱桥为150m(河南前河大桥)，最长的桁架拱桥为330m(贵州江界河大桥)，最长的箱式拱桥为420m(重庆万州长江大桥)，最长的钢管混凝土拱桥为460m(重庆巫山长江大桥)，最长的钢桁系杆拱桥为552m(重庆朝天门长江大桥)。根据拱桥受力构件的材料特点，它可再分为石拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥、钢拱桥等主要的类型。根据外观形状，主要是拱桥结构与桥面的相对位置，可

25、分为上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥。根据拱桥结构形式可分为板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥、桁架拱桥。根据拱圈（肋）的静力图式分：有无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者属超静定结构，后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台（墩），结构最为刚劲，变形小，比有铰拱经济；但桥台位移、温度变化或混凝土收缩等因素对拱的受力会产生不利影响，因而修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承，铰可允许拱圈在两端有少量转动的可能。结构虽不如无铰拱刚劲，但可减弱桥台位移等因素的不利影响。三铰拱则是在双铰拱顶再增设一铰，结构的刚度更差些，但可避免各种因素对拱圈受力的不利影响。根据拱桥的内

26、在受力特点，又派生出一类“系杆拱桥”（对桥墩没有水平推力），以区别于传统的普通拱桥（对桥墩有水平推力）。系杆拱桥一般是上承式或中承式的钢管混凝土拱桥，拱圈通过吊杆吊住桥面结构承受交通荷载，拱圈露在桥面上方，形状像彩虹一样，外观优美，因此也被广泛采用。1.2.1拱桥的起源及石拱桥拱桥源于石拱桥，由天然形成的石拱桥到人们用离散的块体砌筑石拱桥，是人类科学文化发展进步飞跃的体现。石拱桥在古罗马时代己有相当的发展，当时多为输水桥。公元前20年左右所建的罗马列米尼桥和公元14年建成的法国南部的加尔德输水桥是当时的代表3-4。我国的石拱桥有悠久的历史。考古发现公元前250年周末的墓穴中就有了砖拱。水经注里

27、提到的“旅人桥”5，大约建成于公元282年，可能是有记载的最早的石拱桥了。铁路传入中国，在19051909年（清光绪三十一年岛宣统元年）期间，由詹天佑负责修建的京张铁路，共建石拱桥40座，178M，占桥梁总数33%；18991912年建成的津浦铁路共修砖石拱桥1290座，占桥梁总数的77%6。其中最杰出的代表当属隋代石匠李春于一千四百多年前建成的河北省赵县安济桥(俗称赵州桥，如图1-1)，跨度37.02m，宽约9m，板式结构，板的截面高度1.03m，高跨比为1/36。它是世界上最早的敞肩式拱桥，早于欧洲同类桥梁约1000年。无论在材料使用、结构受力、艺术造型还是经济上都达到了很高的成就。这座美

28、丽的石拱桥被人们誉为“百尺长虹横水面，一弯新月出云霄”，是科学性和与艺术性的杰作7。成为1991年该桥被美国土木工程师协会(ASCE)评为世界上第12个土木工程里程碑。除赵州桥外，还有其他著名的石拱桥，如：北京永定河上的卢沟桥、颐和园内的玉带桥和十七孔桥、苏州的枫桥等。我国石拱桥的建造技术在明朝时曾流传到日本等国，促进了与世界各国人民的文化交流8。石拱桥在我国近现代修建还比较多，从1959年建成的跨度为60m的湖南黄虎港石拱桥在国内首次突破历史上的石拱桥的最大跨度开始，在1961年到1990年间我国相继建成了10座跨度为100m及以上的石拱桥，其中1990年建成的湖南凤凰乌巢河桥，主跨120m

29、，该桥为双肋石拱桥，肋间采用钢筋混凝土作横向联系，造型空灵轻巧，达到了很高的成就。时隔不到10年，1999年建成的山西省晋城新丹河桥，跨度达到了146m，为全空腹式变截面石板拱，再次刷新了石拱桥的世界跨径纪录。在国际上石拱桥的跨度纪录在我国1961年建成长虹桥之前一直为德国于1903 1904年建成的Syratal, Plauen桥(跨度90m)所保持。由于拱是主要承受压力的结构，因而石拱桥能充分利用抗拉性能较差而抗压性能较好的块石材料，能就地取材，且承载能力大，养护费用少，经久耐用，欧洲和我国的一些石拱桥至今还运营良好。但是，随着铁、钢材、混凝土材料在桥梁中应用之后，石拱桥就因自重较大，作为

30、超静定推力结构对下部结构要求较高，从而使其跨越能力受到影响，发展也受到了一定的限制。 图1.1 河北省赵县安济桥(俗称赵州桥)Fig.1.1 Hebei Province Zhao Countys Anji Bridage (and calls Zhaozhou Bridge)新中国成立之后直到今天，石拱桥建设连绵不断，大致经历了三个时期，即利用老桥和小心谨慎的建设新桥时期；革新技术，超越老桥的兴旺时期和受其它桥型冲击，放缓步伐缓进的时期8。自进入80年代以来，由于石拱桥劳动生产率低、支架费用高以及对地质条件要求高等原因，在许多情况下其经济性较其它桥梁已从过去的优势变为了劣势，因而在我国也开始

31、修建日少。新丹河桥的修建并不具有普遍意义，也不代表着拱桥的发展方向，它仅说明在一些石料丰富、地质条件较好的山区，石拱桥仍有可能成为较佳的桥型选择，这一点从下表1-1中也可以看出，表中所列的大跨径石拱桥多修建于湖南、四川以及山西等山区地带9。世界大跨径石拱桥一览表：表1.1 石拱桥一览表Table1.1 List of Stone Arch Bridge序号桥名主跨跨径（米）桥址竣工年份1新丹河桥146山西省20002乌巢河桥120湖南省19903九溪沟桥116重庆市19974长虹桥112.5云南省19615沱江桥110四川省1968图1.2 新丹河大桥 Fig.1.2 New Danhe Br

32、idge1.2.2铁拱桥和钢拱桥钢桥是由钢材通过铆接、焊接、栓接等手段拼装而成，而钢材的本身是一种抗拉、抗压和抗剪强度均较高的均质材料10。由于钢材的强度高，所以钢桥具有较大的跨越能力11。钢桥的构件最适合工业化方法制造，便于运输，工地安装速度快，因此，缩短了施工期限12。而且,钢桥在受到破坏后,易于修复和更换，所以，从抢修方面来考虑，它较其他材料优越。随着18世纪工业革命的发展，铁被大量应用于桥梁结构之中。历史上最早的全铁制拱桥是Iron bridge(铁桥)13。早期的铁桥和过去的非金属桥形式相同。最著名的铁拱桥，有1779年修建的跨越英国Coalbrook dale Severn河的单拱

33、铸铁拱桥和1877年在葡萄牙波尔图跨Douro河的Pia Maria桥，跨径160.13m，为双铰镰刀形内倾双肋桁拱。钢铁首次大量应用于桥梁的是1874年修建的美国Eads桥，该桥为钢桁肋拱桥(153m+158m十153m)，是当时世界上跨度最大的拱桥，采用了悬臂架设法施工。受Eads桥成功的影响，许多精美的钢拱桥先后建成。世界上主跨超过500m的较早建成的钢拱桥共有3座，它们分别是澳大利亚建于1932年的Sydney Harbour(悉尼港)桥(503m)；美国建于1931年的Bayanne(贝永)桥(504m)以及建于1977年的New River Gorge(新河峡)桥(518m)。其中

34、新河峡桥的主跨518m，也是拱桥这一桥型的现今世界纪录，而悉尼港桥更是以其精致美妙的造型，与现代化、别具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的标志和象征。 大跨径钢拱桥中除了桁拱外，还有钢肋拱如Rainbow(彩虹)桥和Fremont(弗里蒙特)桥。彩虹桥(290m)建于1942年，因附近为尼加拉瓜大瀑布风景区而闻名于世。而世界上最长的拱梁组合钢桥为美国的Fremont大桥，( 382.6m ),主跨连续加劲，为双层桥面，建于1973年，在钢箱肋拱桥中跨径最大。钢拱桥由于自重轻、水平推力相对较小，结构表现力丰富11；同时，强度相对高，而刚度相对较弱，所以结构形式多样。上、中、下承式桥、拱梁组

35、合、提篮拱、单片拱、管状拱等，形式多样，不一而足。但是，应该看到，与钢斜拉桥相比，在80年代的10年之中，跨度在250m以上的钢拱桥仅仅建成了一座，而跨径300m以上的钢斜拉桥就有11座。这主要是随着现代斜拉桥技术的发展，在300500m跨径内钢斜拉桥比钢拱桥更节省钢材，且施工方便，对地质条件要求较低。当然在地质条件较好的地方，或者当对抗震、抗风要求高时，钢拱桥仍是大跨径桥梁的可以考虑的方案。钢拱桥多数采用上承式或中承式双铰拱形式。无铰拱因必须有坚固的地基，使其应用范围受到限制。目前世界上跨度超过300米以上的8座钢拱桥中，只有一座是无铰箱形肋拱桥，即美国尼亚加拉瀑布上的刘易斯顿-昆斯顿桥，建

36、于1962年，拱跨304.8米。三铰拱因拱顶有铰，变形时有转折点，对高速行车不利，且顶铰构造复杂,维修不便,故只用于较小跨度的钢拱桥。钢拱桥的拱肋一般可作成桁架形、箱形或板梁形，分别称桁拱、箱拱和板拱。 早在1874年美国建成第一座钢拱桥，即跨越密西西比河的圣路易斯桥16。1931年美国建成跨度503.6米的贝永桥，1932年澳大利亚建成跨度503米的悉尼港桥17，均为双铰桁架拱。 第二次世界大战后，栓焊结构（用高强度螺栓连接焊接构件的结构）逐步得到广泛应用，箱形截面的结构得到了发展。拱桥也不例外。如1956年在加纳建成的阿多米桥，为下承式新月形双铰桁拱桥，拱跨245米,拱的弦杆采用纵向高强度

37、螺栓连接。捷克斯洛伐克在1967年建成的兹达科夫桥，为双铰钢箱拱桥，拱跨为330米,两片箱形拱肋支承在伸出26米的钢筋混凝土桥台上。 另一座较著名的拱桥为瑞典1961年建成的阿斯克勒峡湾(Asker Fjord)桥。该桥的拱肋和拱上立柱均采用管形截面，拱肋为工厂焊接的直径3.8米圆管,在工地铆接而成，拱上立柱为0.320.75米的无缝钢管。因桥址处于海湾口，风速高达150公里/时，采用管状结构可减少风荷载。桥宽仅9米，为保证结构的横向稳定,曾进行了风洞模型试验以确定合理的风荷载。两端的引桥桥墩均采用钢筋混凝土管柱结构，以求全桥协调统一，颇为美观。可惜该桥已于 1980年1月18日凌晨在雾中被货

38、轮撞毁。 我国大跨径钢拱桥所建较少。早期建成的大跨径钢拱桥是四川攀枝花3003桥(主跨180m )。2003年建成的上海卢浦大桥是中承式钢箱拱桥（如图1.3），全长750m，中跨55Om，中跨矢跨比f/l=1/5.5，两边跨为100m的上承式拱梁结构。主桥加劲梁内布置强大的水平拉索，以平衡中跨拱肋的水平推力。整个全钢拱梁组合体系由钢箱拱肋、正交异性桥面板、倾斜钢吊杆、拱上立柱、一字形和K字形风撑、水平拉索等主要构件组成，荷载标准为汽车一20级，挂车一 100。通航净空为46m，主桥宽28.75m，设双向六车道，两侧各设2m宽观光人行道;主引桥宽25.5m，设双向六车道，是目前世界上已通车的第一

39、钢拱桥，这说明我国的钢拱桥施工技术已跻身国际先进行列。图1.3 上海卢浦大桥 Fig.1.3 Shanghai Lupu Bridge正在修建中的重庆朝天门长江大桥（如图1.4），正桥为190+552+190m三跨连续钢桁系杆拱桥，全长934.1m（包括端纵梁），主桥全宽36.5m，桁宽29m，两侧边跨为变桁高平弦桁梁，中跨为刚性拱柔性梁的钢桁系杆拱。拱顶至中间支点高度为142m，拱肋下弦采用二次抛物线，矢高128m，矢跨比1/4.3125；拱肋上弦采用二次抛物线，并与边跨上弦之间采用R700m的圆曲线进行过渡。主桁采用变高度的“N”形桁式，钢桁拱肋跨中桁高14m，中间支点处桁高73.13m（

40、其中拱肋加劲弦高40.65m），边支点处桁高11.83m。全桥采用变节间布置，共有12m、14m、16m等三种节间形式，其中，边跨节间布置为812m14m516m，中跨节间布置为516m214m2812m214m516m。中跨布置有上下两层系杆，竖向间距11.83m，上层系杆采用H形断面，下层系杆构造采用王形断面体外预应力索，钢结构系杆端部与拱肋下弦节点相连接，下层体外预应力索锚固于节点端部。重庆朝天门长江大桥建成后将是世界最大跨径拱桥。另外我国大跨径的钢拱桥还有广州的星光大桥和在建的巫山大宁河3肋钢拱桥。图1.4 重庆朝天门长江大桥Fig.1.4 Chongqing Chaotianmen

41、Yangtze River Bridge世界部分著名钢拱桥如下表1.2所示。表1.2 钢拱桥一览表Table1.2 List of Steel Arch Bridge序号桥名主跨/米结构形式主拱肋截面建成年份1重庆朝天门大桥552中承式、系杆桁式在建2上海卢浦大桥550中承式、系杆箱形20033美国新河桥518上承式、两铰桁式19774美国纽约培虹桥504中承式、三铰桁式19315澳大利亚悉尼港桥503中承式、两铰桁式19326印度卡特拉桥480上承式桁式20077广州新光大桥428中承式、系杆桁式20068重庆菜园坝长江大桥420中承式、系杆箱形20079重庆巫山大宁河大桥400上承式桁式在

42、建10美国波特兰弗勒蒙特桥383中承式、系杆箱形1973同时，因为新材料的开发，铝合金材料也运用到桥梁的建设中，世界上最早的铝合金桥梁是1934年重建的位于美国匹兹堡的Smithfield桥，但是由于材料成本的原因，铝合金桥梁的概念尚未被广泛接受1415。1.2.3钢筋混凝土拱桥钢筋混凝土拱桥因铰的构造不易处理，多采用无铰拱，只在小跨度中使用双铰或三铰拱，以上承式或中承式居多。由于混凝土材料的可塑性，它比钢拱桥更易造型装饰,可建成各种造型的拱桥,如多跨的高架峡谷拱桥,不同曲线形(圆弧、椭圆、抛物线、悬链线等)的拱桥,以及脱离石拱桥传统形式的片拱、桁架拱等。钢筋混凝土拱桥的拱圈截面形式主要有箱形

43、和肋式。箱形拱由于截面挖空率大、利用率高、自重轻，在大跨径钢筋混凝土拱桥中应用最多。早在公元前的古罗马就已经使用混凝土建筑拱圈结构，当时应用的是天然混凝土，这种技术在中世纪失传。1759年发明波特兰水泥后，混凝土开始在拱桥中应用，为拱桥的发展注入了新的生机与活力。1875年，Monier建成了第一座混凝土拱桥Tiliere de Chazelet Mar-quis宫殿花园里面的一座步行桥。到了1904年，Hennebique利用工业进步的契机，成功地建造了跨径超过了100 m的拱桥罗马的Risorgimento桥。1930年Maillard建造了跨径为90m的Salginatobel拱桥，并开

44、创了空腹式拱设计的先河。此后，混凝土拱桥得到了迅速的发展。20世纪上半叶，钢筋混凝土拱桥的施工方法从费用昂贵的落地支架现浇拱肋改成较为经济的木制或钢制的拱形支架现浇拱肋,既节省了施工费用,又为跨越宽阔的深河峡谷开拓了应用范围,使跨度纪录达264米。5070年代由于成功地采用了悬臂拼装和悬臂灌筑的施工方法，大跨度钢筋混凝土拱桥得到进一步发展。如1964年建成拱跨304.8米的澳大利亚悉尼港的格莱兹维尔桥，4个箱形拱肋和拱上结构(立柱、横梁、桥道纵梁)全部用预制构件拼装;1966年南斯拉夫用悬臂灌筑法建成拱跨246.3米的希贝尼克桥。目前，世界上最大跨度的钢筋混凝土拱桥是1980年建成的拱跨390

45、米的南斯拉夫克尔克桥,为上承式无铰拱公路、管道两用桥，拱肋为单箱三室截面，桥面下敷设了17条输油管、输水管和工业管道，采用预制构件，悬臂拼装施工。我国的混凝土拱桥首先在铁路桥梁上出现。解放前修建的跨径最大的是粤汉线株韶段五大拱桥中的雄凯冲桥、省界桥和燕塘桥，为各有一主孔跨径达40m的钢筋混凝土拱桥。20世纪60年代后，钢筋混凝土拱桥在相当一段时期内成为我国的主导桥型，尤其是在公路桥梁中。为减轻自重、节约污工和钢材、方便施工，我国桥梁工作者对拱桥技术进行了长期不懈的探索，出现了双曲拱、刚架拱和和桁架拱等结构形式。双曲拱、刚架拱和桁架拱属于轻型混凝土拱桥，节省材料，然而费工费时，有些在长期使用中还

46、暴露出整体刚度低、易开裂等缺陷，现已较少采用，跨径也难以向前继续发展。 从上个世纪70年代后期开始，我国修建了大量的钢筋混凝土箱拱和肋拱，且在大跨径拱桥中占有多数。钢筋混凝土箱拱和肋拱现已成为混凝土拱桥的主导桥型，也是混凝土拱桥向大跨径方向发展最有潜力的桥型。从我国近二三十年的发展历程来看，跨径的突破主要体现在施工方法上。在以采用缆索吊机吊装的悬臂拼装法方面，大吨位、大跨径缆索吊装系统的开发、千斤顶斜拉扣挂技术，使施工技术有了很大的进步。劲性骨架施工法中，劲性骨架从早期型钢向钢管混凝土的发展，为混凝土拱桥跨径发生飞跃式的进步奠定了施工可能性的重要基础。同时，将水平转体应用于拱桥施工，从有平衡重

47、向无平衡重发展，也是我国拱桥施工的特有技术。我国混凝土拱桥跨径位于世界前列，最具特色与优势的方面在于施工技术。我国采用索吊装架设法施工的最大跨度桥是四川宜宾的马鸣溪大桥(主跨150m,1979年)，采用支架法施工的最大跨度桥是四川攀枝花市宝鼎大桥(主跨170m,1982年)，采用转体法施工的最大跨度桥是重庆涪陵乌江大桥(主桥200m,1990年)，首次采用劲性骨架法施工的是宜宾小南门金沙江大桥(主跨240m,1990年)，贵州江界河大桥建成了世界最大跨度的混凝土桁架拱桥(主跨330m ,1995年) 使混凝土拱桥跨径又跨上了一个新台阶。1997年建成的重庆万州长江大桥(如图1.3)，主跨420

48、m，成为世界上跨度和规模最大的混凝土桥。跨度大于300m的混凝土拱桥，世界上仅有5座，中国占3座，其中西部地区占2座，这说明我国建设大跨度混凝土拱桥的技术居国际领先水平。图1.5万州长江大桥Fig.1.5 Wanzhou Yangtze River Bridge世界部分著名钢筋混凝土拱桥如表1.3所示。表1.3 钢筋混凝土拱桥一览表Table1.3 List of Reinforced Concrete Arch Bridge序号桥名主跨/米所在国家建成年份1万州长江公路大桥420中国19972克尔克（KRK）大桥390克罗地亚19793贵州江界河大桥330中国19954广西邕宁邕江大桥312

49、中国19965格拉德斯威尔（ Gladesville）桥305澳大利亚19646友谊（ Amizade）桥290巴西19647博劳克兰斯（ Bloukrans）桥272南非19838阿拉达（Arrbide）桥270葡萄牙19639桑多桥264瑞典194310里斯河大桥261法国19901.2.4钢管混凝土拱桥拱桥作为压弯结构，随着跨径的增大，高强材料的应用受到稳定问题的制约；而钢筋混凝土和预应力混凝土拱桥由于自重较大，施工架设问题突出。高强材料的应用和无支架施工的困难，制约了拱桥的发展。钢管混凝土是介于钢管和混凝土之间的一种材料，它是由混凝土填人薄壁钢管而形成的一种组合材料,具有高强度、支架、

50、模板三大作用，自架设能力强，从而能较好地解决大跨径拱桥在经济、省料、安装方便，以及提高后期承载能力上的问题18-22。理论研究和工程应用表明，钢管混凝土拱桥在设计、施工、经济以及美观上都有其独特的优越性。钢管混凝土在桥梁工程中的应用已有100多年的历史。早在1879年，英国的Severn铁路桥建设中就采用了钢管桥墩，当时在管中灌注混凝土主要用来防止内部锈蚀并承受压力。钢管混凝土应用于拱桥结构，始于20世纪30年代末期，前苏联著名桥梁专家Perederiy教授用钢管混凝土建造了跨越列宁格勒涅瓦河跨度101m的拱梁组合体系。与此同时，1939年，Rosnovskiy教授在西伯利亚也用钢管混凝土建造

51、了一座跨度达140m的铁路拱桥。法国已建的凯泽莱尔桥，主跨为220m的下承式拱桥；法国Antrenas桥，主骨架为一根1200mm壁厚32mm的钢管混凝土空间桁架组合拱，主跨56m，桥长85m，宽15m。法国还有一座钢管混凝土拱桥正在修建中，它位于Caatabrico公路上，跨越Escudo河，长229m，宽30m。其主跨为跨径1264m的上承式拱桥。日本的松岛桥，为126m跨径的上承式钢管混凝土拱桥；日本青叶大桥采用了钢管混凝土劲性骨架，主跨180m。日本的长崎西海二桥也拟采用钢管混凝土拱桥，跨径230m，中承式，正在设计中。美国于1999年在芝加哥市修建了一座中承式钢管混凝土拱桥(Dame

52、nAvenueArch)，主跨74m，桥长94m，桥宽219m，拱肋采用直径为12m的钢管、壁厚25mm，拱肋间不设横撑。总的来说，国外修建钢管混凝土拱桥的跨径较小，数量也不多，相关报道较少。国内钢管混凝土在桥梁工程中开始得到研究和应用是在20世纪80年代。1990年10月建成首座钢管混凝土拱桥四川省旺苍县东河大桥，跨度115m，拱肋由上下2根钢管2 80010mm组成哑铃形断面，内灌C30混凝土，Q235钢材。此后，在1O余年时间内，钢管混凝土拱桥在我国得到迅猛发展，全国各地大量地建成了采用钢管混凝土的大跨度拱桥。如1995年竣工的广东省南海三山西大桥，为中承式拱桥，L=200m，两端各带1

53、个45m的上承式半拱，主跨拱肋由4根075m的钢管混凝土组成1835m的四边形组合截面，用预应力钢绞线作为系杆，平衡主拱与边跨的不平衡推力，开创了在软土地基建造大跨度拱桥的先例。1993年竣工的浙江省新安江望江大桥，为3跨中承式钢管混凝土拱桥，主跨L=120m，主跨拱肋为2 900(1216)mm钢管混凝土组成哑铃形截面，截面高2m，Q345钢，内灌C40混凝土，首次采用钢管变厚度的办法来减小主跨拱脚处的水平推力，并利用边跨来平衡此推力。1996年建成的长江三峡工程3座公路拱桥黄柏河大桥、下牢溪大桥和莲沱大桥，跨度分别为160m、160m和114m，它们是属于多拱肋上承式拱桥，每片拱肋皆采用2

54、个钢管混凝土组成的哑铃形截面。2OOO年建成的广州丫髻沙大桥，主跨达360m，该桥首次选用6管式拱肋截面，每肋由6 750mm钢管混凝土组成，由横向平联板、腹杆连接成为钢管混凝土桁架，其中内侧、外侧钢管为75018mm，中间钢管75020mm，钢管间的横向平联板总厚500mm，内、中、外3根钢管通过平联板形成能共同受力的类似肋板式的结构，上下排钢管间通过45012mm及35110mm的腹杆组成稳定的空间结构，沿拱轴采用变高等宽截面相继建成的还有武汉江汉三桥(主跨280m)、广西三岸邕江大桥(主跨270m)等多座大跨钢管混凝土拱桥。以上介绍的均属于钢管混凝土拱桥的第1种类型钢管内填混凝土，即钢管

55、表皮外露，与核心混凝土共同作为结构的主要受力组成部分，同时也作为施工时的劲性骨架。钢管混凝土的第2种类型钢管内填外包型，即钢管表层不外露，钢管主要作为施工的劲性骨架，先内灌混凝土成钢管混凝土后再挂模板外包混凝土形成断面，钢管材料参与建成后的受力，但不是以使用阶段为控制，而是以施工荷载为控制的，这种桥有时也被称为钢筋混凝土桥。已建成的有四川内江新龙坳大桥、广西邕宁邕江大桥、江西德兴太白桥、四川盐源金河雅砻江大桥、攀枝花倮果金沙江大桥和万县长江大桥等，其中最著名的是重庆万县长江大桥（如图1.4），L=420m，上承式拱桥，采用了1O根钢管组成空间桁架(1O 4O216mm，Q345钢材)，吊装成拱

56、后，向管内灌C60混凝土，然后挂模板浇筑混凝土，成为高7m、宽160m的单箱三室箱形截面拱肋，桥面总宽24m。2004年建成的重庆巫山长江大桥(如图1.4)，是一座主拱净跨达46Om的钢管混凝土中承式拱桥，拱肋拱顶截面高7m，拱脚截面高14m，肋宽414m，每肋上下各2根122022(25)mm、内填C60混凝土，钢管混凝土上弦杆，下弦杆通过横联钢管71116mm和竖联钢管61012mm连接而构成钢管混凝土桁架。该桥的建成刷新了钢管混凝土拱桥的世界记录，它是世界上跨度最大的钢管混凝土拱桥。钢管混凝土结构中应用最广的当属内填型圆钢管混凝土，内填型圆钢管混凝土在轴向力的作用下，混凝土的径向变形受到

57、钢管的约束而处于三向受力状态，承载能力大大提高；同时，钢管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性性能，使得混凝土，特别是高强混凝土脆性的弱点得到克服。另一方面，混凝土内填于钢管之内，增强了钢管的管壁稳定性，刚度也远大于钢结构，使其整体稳定性也有了极大的提高。因此，钢管混凝土材料应用于以受压为主的构件中，较之钢结构和混凝土结构有着极大的优越性。图1.5巫山长江大桥 Fig.1.5 Wushan Yangtze RiverBridge钢管混凝土结构耐腐蚀性能比钢筋混凝土弱，与钢结构一样需要采用有效的防腐措施，但与钢结构相比，其内壁因填充了混凝土，只有外壁需采取防腐措施。钢管混凝土结构的耐火性能，有关学者

58、正进行专题研究。定性分析认为，由于内填了混凝土，在高温情况下，与空钢管相比它的软化温度将极大地提高，而在急骤降温(消防冲水)时又不会象钢筋混凝土那样爆裂，因此，其防火性能应比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越23。表 1.4 中国270m以上钢管混凝土拱桥Table 1.4 Over 270m span CFST bridges in China序号桥名建成时间主跨(m)矢跨比结构型式1重庆巫山长江大桥20054601/3.8中承式2湖北宜昌支井河大桥施工中4301/6上承式3湖南茅草街大桥20063661/5中承式4广州丫髻沙(珠江)大桥20003601/4.5中承式5广西南宁永和大桥20043

59、381/5中承式6沪蓉西高速小河大桥施工中3381/5上承式7浙江千岛湖南浦大桥20033081/5.5下承式8重庆奉节梅溪河大桥20012881/5上承式9武汉江汉三桥20012801/5下承式10广西三岸邕江大桥19982701/5中承式钢管混凝土结构还具有较好的耐冲击能力和动力性能。圆形钢管混凝土柱在抵抗方向不确定的地震力作用时，由于其各个方向的强度相同，显示出其有效性。大量的工程实践表明:与钢结构相比，钢管混凝土在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50%左右，并减少大量的焊接工作，提高结构的耐火性、动力性及稳定性。与普通钢筋混凝土结构相比，虽然结构用钢一般会增加，但施工用钢可

60、相应减少。据不完全统计，从1990年到1994年间，已建和在建的钢管混凝土拱桥达20多座，到1997年达40多座，到1998年则已达到60多座，到2000年又已达到120多座，其发展速度之快，为中外建桥史所罕见其中，采用C50级以上的钢管高强混凝土拱桥超过10座，主跨都在1OOm以上,同时世界十大跨度钢管混凝土拱桥均在中国，这说明中国的钢管混凝土拱桥施工技术处于国际领先水平。我国钢管混凝土拱桥汇总如表1.4所示。1.3当前拱桥病害状况1.3.1病害定义 公路工程结构可靠度设计统一标准(GBT/50283一1999)规定公路工程结构必须满足下列功能要求24：1在正常施工和正常使用时，能承受可能出

61、现的各种作用；2在正常使用时，具有良好的工作性能；3在正常维护下，具有足够的耐久性能；4在预计的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。凡由于人为的(勘察、设计、施工、使用等)或自然的(地质、风雨、冰冻等)原因，使桥梁结构出现不符合上述规范和标准要求的一些问题和现象，在本文中统称桥梁结构的病害。1.3.2我国桥梁现状据统计，截至2006年年底，我国公路总里程达345.7万公里，有公路桥53.36万座，203.99万延米25。 近20年来大量修建的预应力混凝土连续刚构桥，普遍出现在收缩徐变完成后，跨中仍然持续下挠，腹板底板开裂；近10多年发展起来的钢管混凝土拱桥，以其优异的施工性、经济性、造型美风