運營多年鋼管混凝土拱橋荷載試驗分析

楊 濤 代 攀

(云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011)

運營多年鋼管混凝土拱橋荷載試驗分析

楊 濤 代 攀

(云南省交通規劃設計研究院，云南 昆明 650011)

以樂山市金口河大橋為例，通過全橋有限元模型的建立，對該中承式鋼管混凝土拱橋進行了荷載試驗分析，試驗結果表明該橋具有足夠的剛度和強度儲備，但是橋面T梁的橫向連接較弱。

鋼管混凝土，拱橋，荷載試驗，校驗系數

1 工程背景

樂山市金口河大橋是一個主跨175 m的中承式鋼管混凝土拱橋。拱軸線性為懸鏈線，采用鋼管混凝土桁架拱，同一拱肋上下層采用鋼管連為整體，橫向兩個拱軸之間采用K撐和米撐相連。為了防止腐蝕和洪水沖刷，起拱點和第一個吊桿之間的拱肋外包C40混凝土。

吊桿中心間距為11.2 m，橫向兩吊桿之間采用H形橫梁相連，橫梁之間的橋面板采用簡支T梁。該橋的每根吊桿在加固后由1根變為3根，附加的2根吊桿對稱分布在原吊桿兩邊，由錨箱連為整體。

2 金口河大橋的有限元分析

金口河大橋為典型的中承式鋼管混凝土拱橋，主梁和拱肋協同受力。通過Midas Civil 2010建立全橋有限元模型，對剛度、邊界條件和自重的模擬力求盡可能地接近真實的橋梁結構[1]。模型包含H形橫梁、T形縱梁、拱肋、撐桿、橋墩和吊桿，除了吊桿采用桁架單元外，其余構件均采用空間梁單元進行模擬。全橋模型共計2 974個單元，其中梁單元2 848個，桁架單元126個。

3 靜力荷載試驗

靜力荷載試驗包含靜應變荷載測試和靜撓度測試。通過對全橋進行計算，得出了設計活載下的內力和撓度影響線及包絡圖。

計算結果表明：拱腳附近截面(A—A)、T梁跨中截面(D—D)、橫梁跨中截面(E—E)最大正彎矩較大，同時拱腳附近截面的最大負彎矩也較大；1/4拱肋(B—B)、1/2拱肋(C—C)最大軸力較大。應對以上關鍵截面進行荷載試驗，根據橋梁的對稱性，荷載試驗僅在半跨橋梁上進行。

采用標準重載卡車等效設計荷載。本次試驗的效率系數在0.95～1.03之間，滿足規范中效率系數應該在0.95～1.05之間的要求[2- 4]。各工況效率系數如表1所示。

表1 各工況效率系數

4 動載試驗

4.1 自振特性測試

在封閉交通以后以及橋梁旁邊無任何振源的情況下，測定橋跨結構由于橋位處的隨機荷載激振而引起的橋梁結構微幅振動響應。脈動試驗的目的是為了得出橋梁本身的固有模態頻率和臨界阻尼比。

4.2 激振響應測試

動載試驗包含跳車試驗和跑車試驗兩部分。跑車試驗在封閉交通后，保證橋面順暢通行沿橋梁中心方向采用1輛載重汽車在規定的速度(5 km/h,10 km/h，…，40 m/h)下通過橋跨結構，從而測量橋跨結構的動力響應和沖擊系數。跳車試驗荷載方法與跑車試驗相同，只需在橋跨結構試驗截面內力影響線峰值對應的橋面位置設置障礙物(高8 cm、底寬28 cm的三角形斷面)，以達到模擬橋面系局部損傷狀態，從而測定橋跨結構在橋面存在病害狀態時的動力響應和沖擊系數。

5 靜載試驗結果

5.1 撓度測試結果

根據測試結果，各工況的撓度校驗系數在0.60～0.88之間，在合理范圍內，說明橋梁具有足夠的剛度儲備。

5.2 應力測試結果

根據應力測試結果與理論計算結果對比，應力校驗系數為0.4～0.91，在合理的范圍內，說明橋梁工作性能良好，具有足夠的強度。然而橋面板各片T梁的應力校驗系數值離散性較大，結合該橋的病害檢測分析，說明T梁的橫向聯系較弱，橋面板的整體性較差。

6 動載試驗結果

試驗包含行車試驗和跳車試驗兩部分。不同車速下B—B截面(1/4拱肋)的沖擊系數如表2所示。

表2 B—B截面的沖擊系數

試驗結果表明，試驗截面(B—B)截面沖擊系數最大值為1.20，對應車速約40 km/h，實測行車沖擊系數介于1.07～1.20之間；試驗截面(B—B)跳車沖擊系數最大值為1.24，對應車速約20 km/h，實測跳車沖擊系數介于1.13～1.24之間。與同類型橋梁相比，該橋橋跨結構的激振響應正常。

7 結語

本次荷載實測試驗結果與理論計算結果吻合較好，說明有限元模型能夠較好地模擬橋梁的真實受力情況。通過對實測結果的分析可以看出，本橋具有足夠的強度和剛度儲備，滿足設計要求。實測的阻尼比數值合理，自振頻率略高于理論值，說明該橋動力性能較好。然而橋面板各片T梁的應力校驗系數值離散型較大，同時結合橋梁病害檢測的分析結果說明T梁的橫向聯系較弱，橋面板整體性較差。

[1] 嚴 猛.大跨度系桿拱橋地震響應分析[D].成都:西南交通大學,2011.

[2] YC4—4/1982，大跨徑混凝土橋梁試驗方法[S].

[3] 諶潤水,胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京:中國交通出版社，2003.

[4] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

The load test analysis on steel pipe concrete arch bridge operation for many years

Yang Tao Dai Pan

(YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China)

Taking the Leshan Jinkou River Bridge as an example, through the whole bridge finite element model supervision, this paper made load test to half-through steel pipe arch bridge, the test results showed that the bridge had enough stiffness and strength reserves, but the transverse connection of bridge T beam was weak.

steel pipe concrete, arch bridge, load test, calibration coefficient

2014-12-15

楊 濤(1984- )，男，碩士,工程師； 代 攀(1982- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)06-0159-02

U442

A