石拱橋具有造型優(yōu)美、因地制宜、經(jīng)濟適用等優(yōu)點(diǎn)。在上世紀8O年代左右，我國為支持地方經(jīng)濟的發(fā)展，在縣道、鄉道上修建了大量的石拱橋。經(jīng)過(guò)近三十年的運營(yíng)，不少石拱橋出現了病害，部分橋梁甚至成為了危橋，嚴重影響交通安全。而對這部分橋梁進(jìn)行拆除重建是當地經(jīng)濟狀況所不能承受的。因此，對該部分橋梁進(jìn)行長(cháng)期健康監控，并對已有病害橋梁進(jìn)行加固改造很有必要。本文基于石拱橋在外觀(guān)檢查中所表現出來(lái)的常見(jiàn)裂縫病害，借助有限元模型計算分析病害的產(chǎn)生機理，總結外觀(guān)檢查結果同結構病害的關(guān)系，最后歸納了石拱橋的外觀(guān)檢查要點(diǎn)，為今后的檢測設計工作提供參考。

　　1、石拱橋主要裂縫病害表現及機理分析

　　通過(guò)對大量的石拱橋進(jìn)行外觀(guān)檢查，石拱橋的嚴重病害均出現在主拱圈上。作為主要承力結構的主拱圈一旦出現損壞，不但維修加固困難，而且影響石拱橋的承載能力和使用壽命。主拱圈的病害可分為裂縫、滲水、變形等，較嚴重的病害均以不同形式的裂縫為主，外觀(guān)檢查記錄結果主要可分為以下兩點(diǎn)：

　　(1)主拱圈橫向裂縫。該病害主要出現在拱頂和拱腳位置，嚴重的可貫穿整個(gè)橫斷面。

　　(2)主拱圈縱向裂縫。該病害較為常見(jiàn)，一般在橋梁中軸線(xiàn)處從拱座發(fā)展到1／4跨位置處，或出現在拱頂處縱向發(fā)展；部分出現在橫橋向1／4位置處。較嚴重的則貫穿整個(gè)主拱圈，將主拱圈拱橋分割為左、右兩個(gè)部分。

　　引起裂縫的原因不同，則拱橋的加固和改造的方法不同。本文主要分析主拱圈的裂縫病害，介紹其特點(diǎn)和產(chǎn)生機理。以下分別分析部分常見(jiàn)病害機理所造成的裂縫特點(diǎn)。

　　(1)車(chē)輛超重

　　在自重作用和較小的荷載作用下，主拱圈的內力以軸力為主。近年來(lái)越來(lái)越多的載重汽車(chē)出現在鄉道和省道上行駛，導致結構超負荷工作。當過(guò)大的荷載施加于跨中位置處時(shí)，跨中拱圈位置和拱腳位置將不可避免地出現較大彎矩，該作用是造成主拱圈拱頂和拱腳橫向開(kāi)裂的原因之一。圖1為一石拱橋模型，主拱圈厚0．6m、跨徑12m、矢高lOm的拋物線(xiàn)拱橋模型。當跨中受集中力作用時(shí)，可明顯看出正彎矩分布區域為拱頂和拱腳處，由于拱腳軸向力較大，因此該荷載作用下，主拱圈拱頂易出現橫向裂縫。

　　(2)拱腳水平位移

　　當一側拱腳出現水平方向的均勻橫向位移時(shí)，主拱圈彎矩分布如圖2所示。該情況下若石料強度不足，主拱圈同樣會(huì )在拱頂或拱腳出現明顯的橫向裂縫。一般睛況下，路堤向河道方向的滑移會(huì )造成拱腳截面的拱背出現明顯裂縫；而路堤的抗推能力不足會(huì )造成拱頂截面的拱腹出現裂縫。因此，在準確判斷出路堤狀態(tài)的情況下，可初步判斷出該病害的機理。

　　(3)基礎均勻沉降

　　一側拱腳出現均勻豎向沉降時(shí)，主拱圈將會(huì )在沉降一側的半拱內產(chǎn)生正彎矩。該情況會(huì )造成橫向裂縫出現在1／4跨位置。如圖3所示。該類(lèi)型病害一般為單側拱腳豎向位移引起，對于中等跨徑的橋梁外觀(guān)檢查中可輔以拱腳標高測量，對于小跨徑拱橋需檢查基礎是否被流水掏空，即可分析出L／4處橫向裂縫的產(chǎn)生原因。

　　(4)局部溫度應力

　　當主拱圈所受作用關(guān)于中軸線(xiàn)不對稱(chēng)時(shí)，為準確把握主拱圈的受力狀態(tài)，應采用空間分析計算方法�！瘜τ谝幻婵可�、一面臨水的沿河流走向的石拱橋，由于靠山一側溫度較低，而沿河一側由于受到日曬的影響而溫度較高，主拱圈將產(chǎn)生較大的溫度應力�，F采用梁格法建立拱橋模型，對拱頂一側施加一溫度荷載。圖4為主拱圈結構的內力分布，可明顯發(fā)現拱頂橫向聯(lián)系出現較大的剪力，該剪力可能導致主拱圈出現縱向開(kāi)裂。因此，對于長(cháng)期存在局部日照的拱橋，主拱圈或在日照區域邊緣產(chǎn)生縱向裂縫。

　　(5)基礎非均勻沉降

　　當一側拱腳基礎出現非均勻沉降時(shí)，中部的橫系梁將會(huì )出現較大剪力，如圖5所示。該剪力可導致裂縫從拱腳處向拱頂開(kāi)展，以至于出現貫穿半跨的縱向裂縫。對于中小跨徑拱橋，單側基礎非均勻沉降主要由流水沖刷引起。

　　2、石拱橋檢查要點(diǎn)

　　將50座中小跨徑石拱橋的裂縫病害現象及其機理匯總于表1，其中數據為病害現象和病害機理相符合的橋梁數量。其統計結果基本符合上述病害機理分析。此外，大多數病害橋梁均出現超載現象，因此對橋梁活載的控制對于保證橋梁使用壽命有積極意義。

　　通過(guò)以上分析可看出，引起主拱圈裂縫病害的原因較多，同一位置處裂縫的病害機理也是不同的。因此，正確把握引起裂縫的真正原因不僅能夠提高外觀(guān)檢查效率，也能夠在后期較好地對橋梁進(jìn)行加固改造，保證其使用性能。對于石拱橋的外觀(guān)檢查，筆者總結了如下經(jīng)驗，供設計檢測人員參考：

　　(1)拱頂出現橫向裂縫，須查看地區周?chē)�有無(wú)大型生產(chǎn)基地，是否長(cháng)期有重型車(chē)輛通過(guò)；其次檢查路堤或河堤是否有滑移現象，拱腳處是否有橫向變位。

　　(2)主拱圈1／4位置或其他位置出現橫向裂縫，須查看拱腳基礎是否有沉降，是否被流水掏空。

　　(3)主拱圈出現中軸線(xiàn)附近的縱向裂縫，須查看拱腳基礎是否有非均勻沉降、部分基底有無(wú)被流水掏空；橋梁結構是否長(cháng)期處于非均勻日照的位置。石拱橋的病害機理多種多樣，以上僅為常見(jiàn)的病害及其原因，對于復雜的環(huán)境和病害特性仍需要具體研究。

　　3、結語(yǔ)

　　主拱圈的病害主要以橫向裂縫和縱向裂縫為主，產(chǎn)生裂縫的具體原因不同，后期需要進(jìn)行的加固改造設計不同。因此，需要在對石拱橋進(jìn)行外觀(guān)檢查的同時(shí)，準確把握產(chǎn)生病害的原因。本文通過(guò)對石拱橋的病害機理分析，總結了產(chǎn)生主要裂縫病害的具體原因；通過(guò)對大量石拱橋的實(shí)際檢查和模型分析，得出了相應結論，為更有效地開(kāi)展檢測和加固工作提供了一定理論依據和經(jīng)驗總結。