九江市跨沙潯線立交工程主橋荷載試驗

梁春林

(九江富和建設投資有限公司　江西九江　332000)

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九江市跨沙潯線立交工程主橋荷載試驗

梁春林

(九江富和建設投資有限公司江西九江332000)

以九江市八里湖北大道上跨沙潯線立交工程主橋為工程背景，對鋼管混凝土拱橋進行了靜動載荷載試驗。荷載試驗結果表明，結構在主要靜載荷載工況下控制截面的應變、撓度校驗系數分別在0.63～0.75和0.50～0.81之間，該橋結構實際剛度大于設計剛度，組成結構的材料強度合適，結構具備一定安全儲備。數值較小的殘余變形也反映了結構良好的彈性工作性能。而動載試驗實測沖擊系數僅為0.05，遠小于規范取值，可見《規程》取值偏于保守。

九江八里湖；鋼管混凝土拱橋；靜動載試驗

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0　引言

鋼管混凝土拱橋是新型組合拱橋，近年來已成為眾多工程師的推薦設計方案[1～3]。拱梁組合體系內部超靜定，外部簡支靜定；拱的水平推力由預應力混凝土梁體平衡，兩端設置剛度很大的端橫梁；外荷載則由梁結構與拱結構共同承擔，結構受力較復雜。為了掌握橋梁結構實際工作性能，通常通過靜動載試驗給予評定。本文以九江市八里湖北大道上跨沙潯線立交工程主橋荷載試驗為例，介紹鋼管混凝土拱橋靜動載試驗過程，檢驗結構工作性能，并為新橋竣工驗收提供必要材料，也為后期運營階段的管養提供基本橋梁技術檔案資料[4]。

1　工程簡介

九江市八里湖北大道上跨沙潯線立交工程主橋采用單跨跨徑80m鋼管混凝土啞鈴形提籃拱橋，總體布置如圖1所示。

圖1　九江市跨沙潯線立交工程主橋總體布置圖(單位：cm)

主拱肋拱軸線采用二次拋物線，矢跨比為1/4。拱肋橫斷面為啞鈴型斷面，斷面高250cm，上、下鋼管采用Ф100cm的空鋼管，兩管之間用鋼腹板和加勁構造聯接成整體，而鋼腹板及管內均灌注C50補償收縮混凝土。每片拱肋分為5個節段、4個接頭。

主橋橋面系采用C50預應力混凝土結構。主梁為單箱五室變截面箱形結構，跨中梁高2.5m、根部3.0m；跨中中腹板厚0.4m、根部1.0m；跨中邊腹板厚1.5m、根部3.0m。梁體縱向預應力張拉分5個批次。

吊桿按順向間距5m布置，索體采用139根Φ7mm高強度環氧涂層鋼絲，采用雙層HDPE防護并灌注防腐油脂。錨具采用OVM.LZM7-139型冷鑄鐓錨頭，減震器采用配套的可調式高阻尼減震裝置。

施工采用先梁后拱方式，即先在支架上現澆箱梁，隨后在梁體上搭設拱肋施工支架、施工拱肋及張拉吊桿。

2　靜載試驗

2.1測試工況

結合鋼管混凝土提籃拱橋受力特點，全面檢查結構施工質量，靜載測試項目如下：

(1)在試驗荷載作用下拱肋L/4、拱頂及3L/4處的撓度的拱肋拱腳、L/4和拱頂的截面上、下緣應變；

(2)在試驗荷載作用下橋面跨中、L/4跨及3L/4跨截面的撓度和主梁跨中截面的應變；

(3)恒載下全橋吊桿索力測量。

2.2有限元計算模型

橋梁結構按設計圖紙，采用專業有限元程序MIDAS/Civil建立有限元計算模型，如圖2所示。主梁、拱肋、橫撐等均采用三維梁單元進行模擬，吊桿采用桁架單元模擬，支座采用彈性連接進行模擬。鋼管混凝土拱肋截面采用雙單元的形式建立。橋面系不考慮橋面鋪裝剛度貢獻，僅計入其重量影響。混凝土采用C50，彈模E=3.45×104MPa，泊松比μ=0.2；鋼材泊松比μ=0.3，其中Q345彈模E=2.06×105MPa，鋼絞線彈模E=1.95×105MPa，；鋼絲彈模E=2.05×105MPa。全橋共461個節點，646個單元。

圖2　有限元計算模型

2.3靜載試驗及測試結果

試驗采用6部37t左右的三軸載重汽車，并按公路I級荷載等級進行等效加載。試驗工況均為最不利彎矩工況，因此荷載試驗時在上下游拱頂、拱腳及L/4，主梁跨中截面布設測點。篇幅限制，下文僅列出部分試驗測試結果。

應變測試共設置7個應變測試截面，包括上下游拱肋拱腳、1/4跨截面、拱頂以及主梁跨中截面，其中拱肋截面布置截面上緣、下緣2個測試點，跨中吊桿橫梁梁底布置5個測試點。試驗過程中采用電阻應變片配合DH3815N型靜態應變儀進行采集。表1為工況1(拱腳中載)，工況2(L/4中載)，工況3(拱頂中載)拱肋控制截面應變測試結果。表中數據負值表示為壓應力，正值為拉應力。可見，在試驗荷載作用下拱肋測試斷面應變校驗系數在0.63～0.75之間。試驗值小于理論計算值，拱肋結構具備一定的安全儲備。同時校驗系數在合理范圍內，驗證了組成結構的材料設計強度的合理性。而卸載后最大相對殘余應變為9.09%，說明了結構良好的彈性工作狀態。

表1　試驗荷載下控制截面應變測試結果　×10-6

撓度測試主要設置12個撓度測試點，包括橋梁上下游拱肋1/4跨截面、拱頂及3/4跨截面，橋梁上下游橋面跨中、1/4跨及3/4跨截面。測試時采用百分表與精密水準儀共同采集試驗數據，測試結果可相互驗證。

表2和圖3示出了典型工況2(L/4中載)下拱肋及橋面控制測點的測試情況。從中可見，在試驗偏載作用下拱肋與橋面撓度實測值遠小于L/800與L/600的要求。理論撓度值大于設計值，校驗系數在0.50～0.81之間，變化規律也基本一致，說明結構實際剛度要大于設計剛度。殘余變位較小，反映了結構彈性工作性能，驗證了結構設計的合理性。

表2　工況2下各測點撓度測試結果

圖3　工況2上游側橋面與拱肋撓度對比圖

2.4吊桿索力測量

振動法測試恒載作用下的吊桿力。吊桿上安裝加速度傳感器，通過測量吊桿的自振頻率，并根據吊桿的構造換算成吊桿的拉力。本橋上下游共有13對吊桿，從九江市往沙閻北路方向依次編號為1，2……6，7，6’……2’，1’，BLH表示八里湖側吊桿，JBC表示攪拌廠側吊桿。表3列出了恒載作用下八里湖側吊桿力測試結果。從中可見，恒載作用下吊桿力安全系數基本都在4以上，滿足大于2.5要求。

表3　恒載作用下吊桿力(八里湖側)測量結果

3　動載試驗

動載試驗時在上游側拱肋的L/4、拱頂和3L/4，和橋面上L/4、3L/8、L/2和3L/4處布設豎向加速度傳感器，觀測橋梁豎向自振特性，共布置7個測點，同時將實測的加速度信號經過實驗模態分析，頻譜圖及第一階振型如圖4所示。可以看出，橋梁實測面內一階自振頻率為3.42Hz，大于理論計算值2.72Hz，實測振型與理論計算振型一致。

(a)橋梁面內實測頻譜圖

(b)橋梁面內一階實測振型(3.42Hz)

(c)橋梁面內一階理論振型(2.72Hz)圖4　實測與理論橋梁面內一階振型及頻譜圖

跑車試驗采用應變片和DH5920動態信號采集系統采集橋梁在車輛荷載作用下的動應變，采用加速度傳感器采集加速度信號。將橋梁動應變時程曲線進行時域分析后，得出不同車速下對橋梁的沖擊系數列于表4。可見在正常行車情況下，車輛對橋梁拱肋的沖擊系數根據動載效率系數換算為標準荷載作用下的沖擊系數最大值為μ=0.05，遠小于規范(GB 50923-2013)規定的設計計算取值0.27。可見規范取值偏于保守。

表4　實測沖擊系數

表5示出了正常行車時橋梁橋面豎向加速度幅值。在40km/h跑車時，出現最大加速度響應值0.023g，未超過引起人體不適的限值0.065g。

表5　橋面各工況下跑車試驗的加速度幅值

4　結論

試驗結果表明，試驗荷載作用下拱肋測試斷面應變校驗系數在0.63～0.75之間，撓度校驗系數在0.5～0.81之間，表明實測值小于理論計算值，組成結構的材料設計強度合理，結構實際剛度大于設計剛度，驗證了結構設計的合理性。數值較小的殘余應變反映了結構良好的彈性工作性能。動載試驗實測結構豎向基頻3.42Hz，大于理論值2.72Hz。實測沖擊系數0.05，遠小于規范計算值0.27。可見規范取值偏于保守。

[1]范立礎.橋梁工程(第二版)[M].北京：人民交通出版社,2012.

[2]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設計與施工[M].北京:人民交通出版社，1999.

[4]宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京:人民交通出版社，2002.

梁春林(1977-)，男，工程師，主要從事結構工程方面的工作。

Load Test of Main Bridge of Interchange Project over Xiaxun Railway in Jiujiang

LIANGChunlin

(Jiujiang Fuhe Construction & Investment Co.,Ltd, Jiujiang 332000)

In recent days, CFST arch bridge has been a common bridge type adopted by the bridge designer with its development. In this paper, the load test of CFST arch bridge is described with main bridge of interchange project over Xiaxun railway on Balihu North road in Jiujiang City as the background. It can help to examine the quality of the structure and also offer the basic technical data for the management and maintenance in the future. The test results show the verification coefficients of the stain and the displacement of main section are separately 0.63 to 0.75 and 0.50 to 0.81 under the main load case. The actual rigidity of the structure is greater than the design rigidity and the structure is designed with enough safety reserve. The small residual deformation reflects the good and elastic working performance of the structure. The maximum shock factor of 0.05 is low than the design value and the value on the specification is conservative. The load test examine the quality of the structure design and construction, and can offer the reference for the design of the same bridge.

Jiujiang Balihu; CFST arch bridge; Load test

梁春林(1977-)，男，工程師。

2015-09-17

U441+.2

A

1004-6135(2016)01-0085-03