空腹式圬工拱桥在我国历史悠久,应用广泛。目前,在役空腹式圬工拱桥的腹拱圈存在着各种各样的病害,导致很多拱桥处于带病工作状态,其中裂缝病害对拱桥的承载能力影响最大;确定导致裂缝产生的原因对抑制裂缝的产生与发展具有指导性意义。针对空腹式拱桥开裂腹拱圈的加固方法众多,但很多拱桥加固后效果并不理想,对各种加固措施进行加固后可行性分析对于评价不同加固方法的可靠度具有重要意义。本文针对不同结构体系腹拱圈极限承载能力、腹拱圈开裂主要成因、不同加固方法的加固效果等问题展开研究,主要工作内容如下:1.基于Abaqus通用有限元软件建立采用不同类型拱铰的空腹式拱桥腹拱圈的实体仿真模型,分析其极限承载能力;采用Midas/Civil设计有限元软件建立不同类型拱铰的腹拱圈梁单元模型,对比分析仿真实体模型与梁单元模型力学行为,总结得出在大型复杂梁单元结构计算模型中准确模拟不同拱铰结构的简化方法。2.建立空腹式拱桥全桥模型分析无铰、单铰、双铰、三铰边腹拱结构空腹式拱桥各腹拱圈的边界位移特征;同时研究空腹式拱桥腹拱圈设计采用不同的拱轴线型、不同的腹拱圈矢跨比时,对空腹式拱桥的各腹拱边界位移的影响。空腹式拱桥在服役期间承受的荷载种类众多,荷载工况复杂,本文根据不同类型荷载作用在空腹式拱桥上时腹拱圈的开裂情况分析空腹式拱桥腹拱圈开裂成因。3.通过精细化腹拱实体仿真模型研究混凝土腹拱圈和砌体腹拱圈在荷载作用下其裂缝产生与分布特征。空腹式拱桥常通过边腹拱圈设计拱铰减少多余约束,降低超静定次数来优化结构传力;但由于施工条件等因素边腹拱圈没有建立拱铰,导致边腹拱开裂严重。边腹拱圈开裂也是其能量释放与应力重分布的过程,对比分析单铰、双铰、三铰腹拱圈与无铰腹拱圈在拱铰对应位置出现不同尺寸裂缝后的极限承载能力。研究前期设立拱铰与不设拱铰腹拱圈开裂后结构力学行为的差别。4.基于Abaqus实体有限元仿真模型对空腹式拱桥腹拱圈加固的增大截面法和粘贴钢板法进行加固后可行性研究;根据研究结论增大截面加固方法与粘贴钢板加固方法均不能抑制新裂缝的产生。本文最后根据前文对无铰、单铰、双铰、三铰腹拱圈的极限承载能力以及裂缝产生与发展特征分析的研究结果,分析了对预开裂腹拱采用割缝进行处治的方法,根据分析结果得知对腹拱圈切缝能有效抑制裂缝发展。