勁性骨架鋼筋混凝土拱橋承載能力檢算研究

張文

（四川省攀枝花市公路管理處，四川 攀枝花617000）

1 引言

勁性骨架鋼筋混凝土箱型拱橋首先需要架設自重輕、強度和剛度均較大的鋼管骨架，然后在空鋼管內澆筑混凝土形成鋼管混凝土， 再在鋼管混凝土骨架外掛模板澆筑外包混凝土，形成內填外包型勁性骨架混凝土上部結構[1]。 20 世紀90 年代，勁性骨架鋼筋混凝土箱型拱橋在我國得到了廣泛應用，但限于當時理論研究相對落后、設計規范缺失等條件，運營多年后，這些橋梁出現了不同程度的病害。 這些都直接影響了行車的安全性、快捷性和舒適性，很難適應當今高速發展的交通系統。

如何有效地對這類橋梁進行健康狀況評價， 確保結構及運營安全，做好承載能力評定是關鍵。 本文結合某勁性骨架鋼筋混凝土箱型拱橋特殊檢查工程實例， 總結了該類橋型承載能力檢算經驗，可為同類工程提供參考。

2 工程概況

倮果金沙江大橋位于攀枝花市省道S214 線， 跨越金沙江。 橋梁全長208m，由主孔及兩側邊孔組成，其中，主孔為單跨中承式勁性骨架鋼筋混凝土箱型肋拱橋，凈跨160m。 本橋竣工于1993 年10 月，其設計荷載等級為：汽-超20 級，掛-120 級，人群3.5kN/m2，目前橋梁總重限載55t，單軸限載14t，限速20km/h。

該橋定期檢查中發現的上部結構病害如下：2#排架蓋梁有幾處混凝土剝落；全橋吊桿存在多處上錨頭黃油不飽滿、鋼束輕微銹蝕，個別上錨頭黃油變質、輕微積水，多處吊桿防護套輕微破損、表面涂層輕微剝落等病害；橋面板多處混凝土剝落；吊桿橫梁共計多處混凝土剝落、露筋銹蝕等；全橋多個支座開裂、局部脫空，3 個支座完全脫空，1 個支座串動、脫空、位移，1 個支座橫向剪切變形+局部脫空；兩側鋼縱梁均存在不同程度的銹蝕。

3 承載能力檢算

3.1 檢算方法

本橋為中承式勁性骨架鋼筋混凝土箱形肋拱橋，JTG/T J21—2011《 公路橋梁承載能力檢測評定規程》[2]（ 以下簡稱《 評定規程》） 中并未對該類橋梁的承載能力檢算進行明確規定，按照《 評定規程》6.1.1 的規定：“ 在用橋梁結構檢算遵循橋梁設計規范。 在規范無明確規定的情況下，在用橋梁結構檢算也可采用為科研所證實的其他可靠方法”。 故本項目橋梁檢算依據GB 50923—2013《 鋼管混凝土拱橋技術規范》[3]（ 以下簡稱《 技術規范》），同時參考CJJ/T 233—2015《 城市橋梁檢測與評估技術規范》[4]（ 以下簡稱《 評估技術規范》）中關于此類橋梁的檢算方法進行。

3.2 檢算模型建立

采用橋梁專用有限元計算軟件MIDAS/Civil 進行計算，考慮自重、二期恒載、汽車荷載、人群荷載、溫度荷載等作用，并按照實際檢測成果（ 結構尺寸、材料強度）對橋梁進行建模計算。 主拱圈勁性骨架和外包混凝土均采用梁單元模擬，外包混凝土按照扣除鋼管混凝土的箱形截面計入， 二者通過剛臂連接實現變形協調。

3.3 檢算成果

參照《 評估技術規范》第5.4.3 條規定，鋼結構構件承載能力評定應符合下列規定：（ 1）承載能力極限狀態下，鋼結構或構件的承載力的評定應符合現行行業標準JTG D64—2015《 公路鋼結構橋梁設計規范》（ 以下簡稱《 設計規范》）的規定；（ 2）正常使用極限狀態下，按《 設計規范》規定的作用組合計算的撓度值，不得超過規范表5.4.1-1 規定的限值。 經檢算，在承載能力極限狀態下，該橋主梁縱橫梁及橋面板正截面抗彎、斜截面抗剪能力均滿足規范要求。 正常使用極限狀態下，構件的撓度、抗裂性能均滿足規范要求。 主拱箱肋在最不利荷載組合下的軸力和彎矩包絡圖如1 圖所示。

圖1 主拱圈軸力及彎矩包絡圖

提取拱腳截面、 四分點截面和拱頂截面的軸力和彎矩進行正截面偏心受壓承載力檢算。 由計算結果可知，主拱箱肋的正截面偏心受壓承載力滿足規范要求。 鋼管勁性骨架在基本組合下的最大正應力為-175.7MPa，最大剪應力為7.41MPa，滿足規范要求。參考《 技術規范》第6.0.4 條，鋼管混凝土拱肋的撓度計算， 按短期效應組合并消除結構自重產生的長期撓度后，在一個橋跨范圍的正負撓度絕對值之和的最大值不應大于計算跨徑的1/1 000。 經計算，該橋最大正撓度（ 向下）為13.4mm，最大負撓度（ 向上） 為11.4mm， 偏于安全， 將二者直接相加13.4+11.4=24.8mm＜160 000/1 000=160mm，滿足規范要求。

4 荷載試驗結果

倮果金沙江大橋特殊檢查過程中順利完成了各試驗工況的加載。 試驗結論為：該橋試驗跨各控制斷面的實測強度、剛度均滿足設計及規范要求， 試驗跨能夠滿足設計荷載通行使用要求。 荷載試驗結果同承載能力檢算成果相吻合。

5 結論

本文通過一個勁性骨架鋼筋混凝土箱型拱橋特殊檢查工程實例，經該橋承載能力檢算，并于該橋荷載試驗成果對比得到結論如下：

1）由于《 評定規程》中并未對勁性骨架拱橋的承載能力檢算進行明確規定，因此，此類橋梁檢算依據《 技術規范》，同時參考《 評估技術規范》中關于此類橋梁的檢算方法進行是可行的，檢算結果是可信的；

2）勁性骨架拱橋承載能力檢算模型可按照主拱圈勁性骨架和外包混凝土均采用梁單元模擬， 外包混凝土按照扣除鋼管混凝土的箱形截面計入，二者通過剛臂連接實現。