中承式雙飛燕提籃拱橋荷載試驗

方東輝 （安徽省路橋試驗檢測有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

某主橋采用30m+105m+30m中承式雙飛燕提籃拱橋，橋面總寬35.0m。主橋上部結構為中承式鋼—混凝土組合體系拱橋，拱肋系統由主拱肋、邊拱肋、主拱肋之間的風撐及肋間橫梁、邊拱肋之間的端橫梁及系桿組成；主橋中跨采用17道橫梁（13道中橫梁+2道邊橫梁+2道端橫梁）+12道小縱梁型式，中跨端部處支撐在肋間橫梁上，上部預制橋面板，主拱肋與中橫梁通過吊桿進行連接，全橋共設有13對吊桿；主橋邊跨采用簡支疊合梁，一端支撐在肋間橫梁處，另一端支撐在端橫梁處，鋼梁采用半箱形，鋼梁上現澆鋼筋混凝土橋面板。兩端橫梁之間設置系桿以平衡拱橋水平推力。

對主橋進行靜載試驗，檢測上部結構拱圈、主梁在試驗荷載作用下的應變（應力）和撓度，據此評價橋梁的受力性能是否滿足設計要求；對主橋進行跑車試驗，測試結構在汽車動荷載作用下的動力響應，評價結構在動荷載作用下的工作狀況；對主橋進行自振特性測試，測定橋梁的振動頻率、振型、阻尼比，評價橋梁結構在環境激勵下的工作性能；通過以上檢測及靜、動載試驗，評價橋梁現狀是否滿足設計要求，為質量監督部門驗收提供依據。

2 靜載試驗

2.1 測試斷面及測點布置

此次共選取主橋10個測試斷面進行試驗，測試斷面描述及測試項目見表1，斷面位置示意見圖1。

圖1 靜載試驗測點布置（單位m）

主橋測試斷面及測試項目 表1

主跨拱肋應變、撓度測點布置：拱肋應變測試采用鋼弦應變計，撓度測試采用棱鏡，分別布置于拱頂截面（1-1（1’-1’））、1/4L 跨徑截面（2-2（2’-2’））、3/4L跨徑截面（4-4（4’-4’））、西端拱腳截面（3-3（3’-3’））拱截面上、下緣。

主跨縱、橫梁應變、撓度測點布置：主跨縱、橫框架梁5-5、7-7測試斷面布置應變測點5-5和8-8測試斷面布置撓度測點。

邊跨主梁應變、撓度測點布置：邊跨應變測試亦采用鋼弦應變計，應變和撓度測點布置在邊跨主梁底面1/2L跨徑斷面（10-10）處。

主梁縱向撓度測點布置：本次在主跨上部結構主梁梁底八等分布設豎向撓度測點，以對主梁在荷載作用下的縱向撓度變形進行測試，現場在跨中拱頂最大正彎矩工況及1/4L最大正彎矩工況最終一級加載完畢后測量測點的變形量，以推算主梁的在荷載作用下的縱向線形。主梁豎向撓度測點主要采用在10#縱梁梁底布設棱鏡的方法進行測試。

2.2 效率系數

該橋設計荷載等級為城-B級，按三車道設計，人群荷載按《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）取用，理論計算采用MidasCvil2017橋梁有限元計算軟件建立空間整體模型進行計算分析，計算模型見圖2。

圖2 Midas計算模型

本次靜載試驗荷載擬采用6輛每輛總重380kN的三軸載重貨車，本試驗時主跨以南側拱肋作為控制構件，邊跨以上部結構鋼-混疊合梁縱梁作為控制構件，全橋各測試斷面靜載試驗效率見表2。

全橋各控制斷面靜載試驗效率系數 表2

由上表可知，本次靜載試驗效率在0.90～1.05之間，滿足《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233-2015）規定的在進行驗收性荷載試驗時，橋梁靜載試驗效率系數介于0.85～1.05之間的要求。

2.3 靜載試驗結果

2.3.1 荷載效應校驗系數

①拱肋應變實測值及校驗系數：主跨拱肋1-1、2-2測試斷面鋼拱肋上各應變測點應變校驗系數在0.25～0.93之間，3-3測試斷面混凝土拱腳上測點應變校驗系數在0.45～0.96之間。

②主跨縱橫梁應變、邊跨箱梁應變實測值及校驗系數：主跨5-5、7-7測試斷面鋼框架梁上各應變測點應變校驗系數在0.19～0.87之間，西邊跨半鋼箱梁10-10斷面上各應變測點應變校驗系數在0.56～0.93之間。

③主跨拱肋撓度、位移實測值及校驗系數：主跨南、北拱肋測試斷面各測點豎向撓度校驗系數在0.59～0.99之間，橫向位移校驗系數在0.44～0.83之間。

④主跨縱、橫梁及邊跨半箱梁撓度實測值及校驗系數：主跨5-5、8-8測試斷面各測點撓度校驗系數在0.45～0.95之間，邊跨10-10測試斷面各測點撓度校驗系數在0.68～0.85之間。

⑤主梁縱向實測撓度曲線：主跨各試驗工況作用下的主梁縱向實測撓度曲線形狀與理論撓度曲線基本一致，且各測點實測撓度基本小于理論撓度，表明框架鋼梁的整體受力性能良好。

⑥試驗荷載作用下主吊桿索力實測值及校驗系數：各測試吊桿索力增量的校驗系數在0.52～0.91之間。

2.3.2 結構相對殘余變形

①主拱肋相對殘余變形：主跨拱肋各測試斷面應變相對殘余變形在0～17.5%之間，豎向撓度相對殘余變形在1.9%～13.5%之間，橫向位移相對殘余變形在4.0%～17.2%之間；邊跨拱肋各測試斷面應變相對殘余變形在0～13.3%之間。

②主跨框架梁與邊跨半鋼箱梁相對殘余變形：主跨框架鋼梁各測試斷面應變相對殘余變形在1.6%～17.5%之間，豎向撓度相對殘余變形在0～7.1%之間；邊跨半鋼箱梁10-10測試斷面應變相對殘余變形在0～2.7%之間，豎向撓度相對殘余變形在0～10.0%之間。

3 動載試驗

3.1 跑車試驗

本次試驗選取1-1（9#橫梁及9#縱梁）、2-2（南側主拱肋 1/4L）、3-3斷面（邊跨跨中）進行跑車試驗，試驗車輛20 km/h、30 km/h及40 km/h駛過橋面時，主橋中跨1-1斷面橫梁動應變測點實測動應變曲線分析得到的沖擊系數在0.044～0.048之間，1-1斷面縱梁測點實測動應變曲線分析得到的沖擊系數在0.020～0.050之間，2-2斷面測點實測動應變曲線分析得到的沖擊系數在0.037～0.043之間，各工況下測試斷面實測沖擊系數μ均小于按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）規定所計算的沖擊系數0.050；主橋邊跨3-3斷面測點實測動應變曲線分析得到的沖擊系數在0.046～0.079之間，各工況下測試斷面實測沖擊系數μ均小于按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）規定所計算的沖擊系數0.123。綜合以上測試結果表明，主橋結構抗沖擊性能良好。

3.2 模態測試

本次模態測試主要針對主橋中跨進行，中跨模態測試測點主要布置在橋面機動車道兩側的伸縮縫位置及對應吊桿位置。主橋中跨前三階自振特性與理論基本一致，且前三階實測頻率值都大于理論計算值，表明主橋中跨實際整體剛度較理論要好。各階豎向自振頻率對應的阻尼比在0.83%～2.23%之間，均在常值范圍內。

4 結語

①試驗荷載作用下，該橋各測試斷面應變校驗系數介于0.19～0.96之間，撓度（位移）校驗系數介于0.44～0.99之間，主跨吊桿索力增量校驗系數介于0.52～0.91之間，滿足《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233-2015）規定的校驗系數不大于1的要求，表明該橋當前能夠滿足設計城-B級荷載的正常使用要求。

②試驗荷載作用下，該橋各測試斷面應變相對殘余變形介于0～17.5%之間，撓度（位移）相對殘余變形介于0%～17.2%之間，應變及撓度（位移）相對殘余變形均小于20.0%，表明該橋具備良好的彈性回復能力，結構處于彈性工作狀態。

③試驗車輛低速駛過橋面時，主橋中跨拱、梁和邊跨半鋼箱梁實測沖擊系數μ均小于按《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）規定所計算的沖擊系數，表明主橋抗沖擊性能良好。

④該橋中跨前三階自振特性與理論基本一致，且前三階實測頻率值均大于理論計算值，表明主橋實際整體剛度較理論要好，且各階豎向自振頻率對應的阻尼比均在常值范圍內。

綜上所述，在正常使用極限狀態下，該主橋上部結構能夠滿足設計城-B級荷載的正常使用要求，具備通車條件。