大跨度刚架拱桥加固技术研究
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大跨度钢结构拱桥承载能力与施工控制研究发布时间:2022-10-30T05:47:18.669Z 来源:《城镇建设》2022年12期6月作者:陈濡森[导读] 随着我国经济水平的日益提高,工程建设的规模逐渐增大,陈濡森珠海航空城工程建设有限公司摘要:随着我国经济水平的日益提高,工程建设的规模逐渐增大,大跨度钢结构技术是桥梁工程建设中最常使用的施工技术,但该技术在实际应用中依然存在一定的风险。
大跨度钢结构能够满足不同大型建筑的需求,主要有以下几个原因:美观的造型、高强度的跨越能力、良好的景观效应、独特的优势。
因此,为了我国交通运输业的稳定发展,务必投入人力、物力研究和探索大跨度钢结构技术,使其在桥梁工程的建设中发挥更大的作用。
于此,文章探索并研究了大跨度钢结构桥梁施工技术,可为今后桥梁工程建设提供一定的参考借鉴。
关键词:大跨度钢结构;恒载索力;几何非线性;极限承载力一、大跨度钢结构桥梁施工技术案例金岛大桥为珠海航空产业园滨海商务区市政配套工程二期中的一座桥梁,该桥位于金岛路上,跨越主排洪渠,桥梁起点为KC0+132.00,桥梁终点为KC0+232.00。
金岛大桥桥孔布置为1×100m,采用非对称异形拱桥结构形式。
上部结构概述;本桥为跨径100m的非对称异形拱肋拱桥,桥梁位于直线段内,凸型竖曲线半径为R=2700m。
拱肋采用钢箱截面,断面尺寸为2.8×2.8m。
主梁为钢—混凝土组合梁结构。
由箱型纵梁、横梁、小纵梁组成的纵横体系,其上设混凝土桥面板。
吊杆采用环氧涂层钢绞线成品吊杆。
为保证施工监控计算数据的准确性,本项目拟采用成熟的有限元软件进行计算,不同计算人员之间相互复核计算成果。
本监控项目采用的计算软件见表6.1。
其中,利用MIDAS/Civil软件建立空间模型,进行施工过程仿真计算、结构安全验算,局部构件分析采用ANSYS分析软件进行。
1.1大跨度钢结构拱桥施工模拟计算的有关问题1.1.1大跨度钢结构拱桥设计计算的校核与施工控制预测计算施工控制在实施时的第一步工作是要形成控制的目标。
大跨度钢管混凝土拱桥施工控制研究随着经济的发展和科技的进步,我国基础设施建设规模不断扩大,尤其是大跨度桥梁的建设取得了长足的发展。
大跨度钢管混凝土拱桥作为现代桥梁工程的重要类型,具有结构轻盈、跨越能力大、美观环保等优点,因此在公路、铁路和城市交通领域得到广泛应用。
然而,大跨度钢管混凝土拱桥施工过程复杂,涉及众多关键技术,如何确保桥梁施工过程中的稳定性、安全性和精度控制成为亟待解决的问题。
本文旨在探讨大跨度钢管混凝土拱桥施工控制方面的研究,以期为类似桥梁工程建设提供理论支持和实践指导。
国内外相关领域的研究现状表明,大跨度钢管混凝土拱桥施工控制主要涉及拱桥的优化设计、施工工艺及过程控制、施工监测与数值模拟等方面。
在已有的研究成果中,学者们对拱桥的优化设计进行了大量研究,涉及拱肋线型、吊装顺序、施工临时支撑等方面,取得了丰硕的成果。
然而,对于施工工艺及过程控制、施工监测与数值模拟等方面的研究仍存在一定不足。
因此,开展针对大跨度钢管混凝土拱桥施工控制策略的研究具有重要的现实意义。
针对大跨度钢管混凝土拱桥施工控制的难点和挑战,本文提出以下解决方案:设计方面:在拱桥设计过程中,应充分考虑拱桥的承载能力、稳定性、疲劳性能等因素,同时注意优化拱桥的施工工艺和施工顺序,以降低施工过程中的风险。
施工工艺及过程控制方面:选择合理的施工工艺和设备,严格控制施工过程中的关键环节,如混凝土的浇筑、钢管的拼接与焊接等。
还需制定应急预案,以应对可能出现的突发事件。
施工监测与数值模拟方面:利用先进的监测设备和数值模拟技术,对拱桥施工过程中的应力、应变、位移等参数进行实时监测和分析,以实现对施工过程的精确控制。
同时,通过数值模拟手段对拱桥的稳定性和承载能力进行预测和评估,为施工决策提供科学依据。
为验证上述施工控制策略的有效性和可行性,本文选取某实际大跨度钢管混凝土拱桥工程为研究对象,通过实验研究方法对提出的控制策略进行验证。
实验结果表明,所提出的施工控制策略能够有效提高拱桥施工过程中的稳定性和安全性,并且在实际工程中具有较高的应用价值。
大跨度拱桥的施工控制关键技术探讨大跨度拱桥是一种应用广泛的重要桥梁结构,具有结构性能好、承载能力强、施工时间短等优点。
然而,由于其结构复杂、施工难度大,对施工人员的要求较高。
因此,在大跨度拱桥的施工过程中,需要掌握一系列关键技术,以确保施工质量和工程安全。
本文将从设计、材料选择、施工策略等方面探讨大跨度拱桥的施工控制关键技术。
首先,设计是大跨度拱桥施工的基础。
在设计阶段,需要考虑桥梁的受力性能、施工工艺等因素。
具体来说,需要确定拱桥的几何形状、断面尺寸,以及拱腹的合理等高线等。
此外,拱桥的预应力布置也是关键之一。
通过合理的预应力布置,可以提高拱桥的整体性能,确保工程安全。
其次,材料的选择也对大跨度拱桥施工起到重要作用。
在拱桥的材料选择上,一般会采用高强度钢筋和混凝土作为主要材料。
在钢筋的选择上,应根据拱桥的受力特点和工程要求,选用合适的钢筋规格和级别。
而在混凝土的选择上,应注重混凝土的强度和耐久性。
此外,为了保证拱桥的施工质量,还应定期对原材料进行检测,确保其符合相关标准。
再次,施工策略的选择是保证大跨度拱桥施工质量的关键。
在施工策略的选择上,需要考虑施工方法、施工顺序、施工工艺等因素。
具体来说,可以采用预制拱片、现浇拱腹等方式进行拱桥的施工。
在施工顺序上,应按照轻重顺序施工,先完成辅助结构的建设,再进行主体结构的施工。
此外,还需要合理安排施工队伍,确保施工人员熟悉工艺流程,掌握关键施工技术。
最后,质量控制是大跨度拱桥施工的重要环节。
在施工过程中,应建立健全的质量控制体系,包括施工方案的编制、工程质量检查与验收等。
在施工方案的编制上,应对关键工序进行详细说明,确保施工人员按要求施工。
在质量检查与验收上,应对施工过程进行全面监管,及时发现和纠正问题,确保工程质量符合要求。
综上所述,大跨度拱桥的施工控制关键技术包括设计、材料选择、施工策略以及质量控制。
通过合理的设计、选用适宜的材料、制定科学的施工策略,以及加强质量控制,可以确保大跨度拱桥施工质量和工程安全。
大跨度钢桁架拱桥施工技术研究及应用摘要:本文以印度尼西亚Tayan大桥为背景,介绍钢桁架主桥主跨整体安装施工技术、及边跨支架法现场散拼施工技术在工程项目上的实际应用;希望通过本文介绍可以为今后类似桥梁施工提供一定应用参考价值。
关键词:大跨度钢桁架拱桥施工技术研究应用一、工程概况Tayan大桥主桥为钢结构三跨连续桁架拱桥(75m+200m+75m),主跨为桁架拱,边跨为桁架梁。
200m主跨计算矢高为36.75m,矢跨比为1/5.44。
主跨拱肋分上、下弦,上下弦通过竖杆和斜杆连接;边跨为桁架梁,上下弦杆利用斜腹杆连接。
主跨拱肋及边跨桁架横桥向间距12.5m,左右侧两片主桁间通过钢管横撑和K撑连接。
钢管横撑和K撑,采用ASTM A36材质,主桁架其它杆件全部采用“H”型断面焊接工钢,设计材质为SM490YA。
所有构件均采用M24高强螺栓连接,只有钢管横撑和K撑有少量加劲板需现场焊接。
图1 主桥纵向布置图桥道系由纵梁、横梁和小纵梁,以及混凝土桥面板组成的组合梁,同时作为钢拱架系杆。
拱脚处4根横梁间距为7.5m,其余横梁间距全部为5m。
横梁和小纵梁均为单肢工字钢。
桥面板混凝土最高厚度为36.0cm,横向设计为2%双向横坡。
二、总体施工方法介绍根据钢桁架拱桥自身受力特点,结合施工现场实际自然、水文及设备配置等条件,通过国内、国外多次方案汇报和专家评审,最终决定:边跨采取支架法原位拼装;主拱采取矮支架原位拼装后整体提升安装→桥道系杆安装→主拱及桥道系支架拆除→吊杆安装→桥面及附属工程施工。
三、钢桁架拱桥节段安装全桥桁架共划分64个节段块,根据桁架片节段组装挠度计算并结合浮吊吊装能力来将节段块组拼成若干个吊装节段;主墩0#块采取支架法现场散拼成型;单侧边跨共设4组吊装节段(上、下游各2组),合拢段设在过渡墩处;跨中单侧悬臂段共设2组吊装节段(上、下游各1组);跨中矮支架上共设14组吊装节段(上、下游各7组),由跨中向两侧对称组拼完成;跨中桥道系对应主拱圈节段由两侧向跨中对称安装完成。
大跨度钢桁架拱桥施工技术研究【摘要】本文从钢拱桥结构的特点入手,介绍了适宜钢桁架拱桥的几种施工方法,并说明了几种施工方法在工程中的结合运用,总结了施工过程中的关键问题及其应采取措施,对大跨度钢桁架拱桥施工控制问题进行了分析,供同行参考。
【关键词】钢桁架拱桥;桥梁施工;施工技术;引言近年来,迫于我国经济的快速发展和城市立体景观发展的需要,修建跨江桥梁选用钢桁架拱桥被广泛应用,钢桁架拱桥跨越能力强、承压能力高和外形刚健稳固,大跨度的钢桁架拱桥必然随着我国交通建设的迅速发展而得到更快的发展。
一、钢拱桥结构的特点分析(一)经济性能良好能个节间杆件都能根据受力大小而灵活改变截面和钢种,大大降低了建设成本,并且加快了施工速度,使工期缩短,桁架结构和网架相比,省下了弦纵向杆件和网架的球节点。
杆件多为承受轴向力构件,能充分发挥材料的力学性能。
(二)可以单独安装,施工方便桁架拱桥的单根杆件相对较轻,不需要大型的起吊设备,施工迅速,便于施工高工作业。
同砖石,混凝土,木材相比,在受力相同情况下钢结构自重小,从而可以做成跨度较大和高度较高的结构以及灵活的结构形体。
(三)建筑与结构的设计与功能一体化,使建筑更富有功能化在钢结构桁架桥中,桥型雄伟壮观,外形轮廓柔和,与周边景观易于协调搭配,能够体现现代工业化的风貌。
二、大跨度钢结构桁架桥的施工工艺施工方案的选择主要取决于结构形式。
在实际工程中,由于受结构设计特点、桥型布置、自然条件等因素制约,有时需要几种吊装方案结合操作。
以下是几种常用的施工方法。
(一)行走吊机架设法此种方法具有提升、变幅、回转、底盘调平、整机前移及锚固的功能。
起重机在钢桁拱上架梁时,上底盘能够随拱顶坡度变化保持水平状态,起吊安装时稳定性好,利于构件的准确定位和安装。
(二)浮吊架设法在河上或海上架设长大桥时,经常会使用到这一方法,在岸边将整孔桥梁组拼好,然后用浮吊将其吊起,并将浮吊拖曳航运至桥位,将梁在桥台、桥墩上架设就位。
刚架拱桥病害分析及加固设计研究论文刚架拱桥病害分析及加固设计研究论文1工程概况某刚架拱桥位于福建省一县进出城口,属国道上桥梁。
桥全长59.6m,桥宽21m。
上部结构:净跨3.0m钢筋混凝土矮肋板梁+净跨50m钢筋混凝土刚架拱+净跨3.0m钢筋混凝土矮肋板梁,主跨横向布设7片刚架拱片,拱片间距3.2m。
桥面铺装连续,两侧桥头各一处简易伸缩缝。
桥面系采用矢跨比为1/16、厚6cm的微弯板及现浇混凝土填平层。
桥面宽度为3.35m(人行道)+14.3m(车行道)+3.35m(人行道)。
下部结构采用钢筋混凝土组合式桥台。
为配合道路改造工程,该桥将在桥面上直接加铺10cm沥青路面,同时业主要求该桥改造后能够满足公路-Ⅱ级、人群3.5kN/m2的荷载要求。
但是该桥无设计和竣工资料,需要对桥梁进行整体进行详细的现状调查、分析后进行相应的处理。
2桥梁现状调查2.1主要病害1)桥面铺装存在大量横向裂缝、纵向裂缝;伸缩缝不平顺;人行道板、栏杆、路缘石多处破损缺失;桥面排水不畅、积水;桥头沉降造成搭板凹陷。
2)跨中拱顶附近存在较多裂缝,大小节点附近弦杆段存在个别裂缝,所检裂缝最大宽度测读值为0.25mm,未超过规范限值;拱肋有露筋锈蚀现象;部分拱肋局部存在孔洞、蜂窝麻面等表观病害。
3)微弯板存在开裂现象,主要集中于跨中附近,所检裂缝最大宽度测读值为0.73mm,超过规范限值;微弯板存在大量露筋锈蚀、裂缝、孔洞病害,严重的微弯板混凝土碎裂,导致桥面塌陷,详照片。
4)横系梁存在较多裂缝,车行道下部横系梁尤为严重,所检裂缝最大宽度测读值为0.72mm,超过规范限值。
并有露筋锈蚀、混凝土表面蜂窝麻面、剥落现象。
5)下部结构盖梁受水侵蚀严重,有较多竖向裂缝,所检裂缝最大宽度测读值为0.35mm,超过规范限值。
2.2荷载试验1)静载试验静载试验按公路-Ⅱ级(考虑10cm沥青铺装层)荷载等级进行,静载试验荷载效率为0.86~1.01;在各工况荷载作用下,控制截面应变校验系数在0.14~0.94之间,满足校验系数小于1.00的要求;所测测点的最大相对残余应变小于残余应变限值要求(20%);在各工况荷载作用下,各控制截面挠度校验系数在0.39~0.94之间,满足校验系数小于1.00的要求;所测测点中的主要测点相对残余变形基本满足的残余变形限值要求(限值20%)。
论著大跨度刚架拱桥加固技术研究陈学军(湖南省中大监理公司,湖南 长沙 410000) 摘 要:本文以某特大刚架拱桥为工程背景,建立了该桥的空间有限元模型,通过理论计算结果与现场检测数据的对 比,提出了具体的加固方案,并对该桥加固前、后的受力性能进行了对比分析,得出结论:采用马蹄形加大截面法加固 后该桥受力性能显著提高,跨中挠度明显减小,采用该加固方案对该桥进行加固后,该桥运营情况良好。
关键词:刚架拱桥;加固;空间有限元;受力性能;加大截面法 引言 随着运营年限的增加,各种复杂因素的影响(例如施工 质量、超载、水毁等),桥梁存在一定程度的破坏。
由于桥 梁的质量直接关系到人民生命财产的安全,近年来桥梁维 修加固的问题日益显得突出和重要。
本文以某特大刚架拱桥为工程实践,建立了该桥的空 间有限元分析模型。
由于空间构造限制,提出了以加大截 面法为主,贴碳纤维布为辅的加固方案,并对加固前后桥 梁的力学性能进行分析对比。
2 工程背景 该桥全长334m,由北向南单向0.6%的上坡。
该桥原设 计荷载:汽-20级,挂-100级,人群荷载为350kg/m ;桥面 净宽14+2×3m人行道;桥面横坡1.5%。
该桥上部结构采 用一孔跨径为50m,主拱矢跨比为1/8的钢筋混凝土刚架 拱,由六片拱肋组成,拱肋之间采用横梁连接。
3 加固前的结构分析与桥梁检测 3.1 空间有限元计算模型及工况组合 有限元模型所用单元为考虑空间剪切变形的梁单元, 拱 圈 及 混 凝 土 板 所 用 材 料 为 C30混凝土,重力加速度取 9.806m/s 。
结构模型包括6片拱肋和20根横向联系梁,共有 860个单元。
现场试验采用汽车加载,以质量为15t左右的载重车作 为试验荷载。
按照设计标准荷载计算出加载汽车的车辆数 量为6台,试验荷载分为1~3级,逐级施加。
设计计算时采用的荷载组合工况: 组合1:一期恒载+二期恒载。
组合2:一期恒载+二期恒载+汽车荷载(正载)。
组合3:一期恒载+二期恒载+汽车荷载(偏载)。
组合4:一期恒载+二期恒载+汽车荷载(正载)+人群 荷载。
组合5:一期恒载+二期恒载+汽车荷载(偏载)+人群 荷载。
通过对计算数据的分析可知,该桥在试验荷载以及设 计荷载作用下最大正弯矩、负弯矩和最大剪应力工况下的 计算控制值以及发生位置见表1。
收稿日期:2009-11-10 修回日期: 2009-12-12 作者简介:陈学军(1968-),男,湖南常德籍,湖南省中大监理公司工程师。
2 21表1计算荷载以及试验荷载作用下最大值及发生位置3.2 加固前病害调查 通过对旧桥现状进行综合检测,发现大桥线形不流 畅,主跨跨中下沉,通过对人行道的观测,桥面下沉了 22.14mm,当汽车从桥面驶过时,在跨中位置有明显的震 感。
刚架拱桥六片混凝土拱肋跨中部位均已出现一定程度 的开裂,裂缝宽度为0.10~0.15mm,并全部贯通;由于桥 面板多处破损,拱架混凝土长期受到雨水下渗的侵蚀;主 桥外观检查完整,附属设施完整,各个测试截面外观基本 平整,未见明显蜂窝和麻面等异常,支座及伸缩缝完整。
3.3 静载试验 试验采用产生最不利内力的荷载作为静载试验的控制 荷载。
试验控制截面分别选取桥梁跨中截面,0号桥台短支 承与拱肋结合部轴线截面,0号桥台长支承与拱肋结合部轴 线截面共三个截面。
在跨中截面,梁底共布置六个测点, 沿中轴线均匀分布。
0号桥台短支承与拱肋结合部顶板梁上 缘布置六个测点,0号桥台长支承与拱肋结合部顶板梁侧布 置两个测点。
桥面塔尺摆放位置如图1所示。
图1塔尺摆放位置图通过静载试验,得出了该桥的应力值和挠度值,详细 数据见表2~表3,测点1~6表示从下游向上游第一条拱肋 至第六条拱肋一次排列。
大桥在最大剪应力工况下,最大 剪应力值为0.214MPa。
03中国西部科技2010年01月(上旬)第09卷第01期 总 第198期(2)针对大节点及其与实腹段、内弦杆相交段采用加 大截面的方法。
在截面两侧各外包10cm厚C35GMA无收缩自 密实混凝土,提高大节点处的整体刚度。
凿毛原有混凝 土,植筋,绑扎新增加固用钢筋,浇注C35GMA无收缩自密 实混凝土。
(3)针对小节点及其与内外弦杆、斜撑相交段采用在表2跨中最大正弯矩工况应力实测值(单位:MPa)侧面外包碳纤维布的方法。
在截面两侧面粘贴两层 0.111cm厚的碳纤维布。
(4)针对拱腿截面采用加大截面的方法。
外包C35 GMA无收缩自密实混凝土,截面高由85cm增至105cm,宽由 35cm增至55cm,如图3所示。
(5)针对斜撑采用在两侧面、背面粘贴碳纤维布的方表3 最大负弯矩工况应力实测值(单位:MPa)法。
在斜撑支座向上1.5m范围截面两侧面、背面粘贴两层 0.111cm厚碳纤维布。
(注:表中Ⅰ、Ⅱ表示最大正弯矩和最大负弯矩工况, 0~6表示1~3级加载与卸载,每次加载、卸载为两辆车。
) 静载试验结果表明,该桥各控制截面在不同荷载作用 下,最大位移值与应力值达到理论计算值,安全储备不够。
3.4 动载试验 动载试验目的在于测试桥梁的固有特性,评估结构整 体动力特征,测定桥梁的行车响应频率。
本试验采用无障 碍跑车试验,有障碍跳车试验和无障碍刹车试验测定加速 度响应值和桥梁的受迫振动频率值。
主要控制点为支座测 点1、1/4、1/2、3/4、支座测点2,试验工况详见表4。
图2 马蹄形加固截面 图3 矩形加固截面4.2 加固后空间有限元仿真模型建立及力学性能对比分析 加固方案确定后,建立了加固后的结构分析模型,加 固 后 的 结 构 模 型 包 括 6片拱片和20根横向联系梁,共有 860个单元。
计算采用的计算荷载及组合与加固前的计算载 荷一致。
并根据各截面的最大或者最小内力值(如表5所 示),进行配筋。
表4 动载试验工况列表动载试验结果表明,本桥第1阶自振频率为3.21Hz,最 大加速度值0.2078m/s 2;车辆在20km/h行车速度状态下通过 桥梁,桥梁位移振幅达到最大值2.237mm,表明该桥动态挠 度值偏大,大桥整体动力性能较差;动力测试中发现桥梁 跨中位置,加速度值和频率值发生畸变,并结合裂纹观测 结果,判定桥梁跨中位置结构裂纹已经影响到结构受力。
通过结构分析并结合桥梁检测进行分析认为,该桥主 要的薄弱部位表现为:①中跨截面竖向位移最大;②拱顶 截面和拱脚截面受力较大;③小节点、大节点以及中跨处 受力较大;④拱肋顶部横向联系梁与拱肋的连接较弱。
4 加固方案的确定与加固前后的结构承载力分析及比较 4.1 加固方案的确定 针对计算分析结果,经过分析研究,采用加大截面法 和外贴碳纤维布的方法对该桥进行加固,具体方案如下: (1)针对实腹段拱肋,采用加大截面的方法。
压浆并 封闭实腹段拱肋跨中的裂缝,然后凿毛原有混凝土,植 筋,绑扎新增加固用钢筋,浇注C35GMA无收缩自密实混凝 土,将原有矩形截面变为马蹄形截面,具体尺寸如图2所 示。
表6 加固前后各荷载组合工况下控制截面的应力值及跨中位移值 表5 各荷载组合工况下各关键截面的内力值(单位:KN・m,KN)同时,将加固前后的各荷载组合下的应力值以及跨中 截面的位移值进行对比,结果如表6所示。
(注:表中应力以拉为正。
) 5 结论 从表6可以看出,采用加大截面法加固此刚架拱桥后, (下转第02页)04中国西部科技2010年01月(上旬)第09卷第01期 总 第198期3.4 模块功能设计 (1)系统配置模块。
该系统模块为相关性分析、预 测、预警方法提供基础数据,对开发动态预测系统各个模 块进行配置,是整个开发动态预测系统的基础。
包括数据 导入、相关性分析配置、系统预测配置等。
(2)相关性分析模块。
相关性分析模块包括油田开发 指标及其影响因素的定性和定量分析。
首先,定性地分析 油田的开发指标及其影响因素,确定出油田的开发指标, 找出各个开发指标可能的影响因素。
然后,对影响每个开 发指标的相关因素做定量分析,对相关因素间做关联度分 析。
最后,对每个开发指标与其影响因素类进行关联分 析。
(3)系统预测模块。
3.2 开发规划决策系统拓扑结构(4)油田开发动态预警模块。
输入各区块预测产油 量;各区块实际产油量,判断是否出现产量波动,及时找 出原因达到预警的目的,包括区块产量波动预警、油田产 量波动预警。
3.3 开发规划数据库 (5)产量跟踪分析模块。
输入当日单井产量和生产时 间、前日单井产量和生产时间、注水量等,处理关井影 响、注水量影响进而进行产量跟踪分析,包括区块产量波 动原因跟踪分析、油田产量波动原因跟踪分析。
参考文献:(略)(上接第04页) 各控制截面加固后的受力性能显著提高, 其中跨中最大位移值已经从加固前的19.43mm减少到了加固 后的13.66mm;跨中截面、大节点截面以及拱脚截面的最大 应力分别从加固前的2.14MPa、0.98MPa、-1.11MPa减少到 加固后的1.39MPa、0.65MPa、-0.83MPa。
本刚架拱桥加固 改造后运行效果良好,主要控制截面受力性能都有较大幅 度的提高,本文所介绍的加固方法是切实可行的。
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