某提籃系桿拱橋成橋荷載試驗研究

王 瑋

(鄭州工商學院，河南 鄭州 451400)

1 工程概況

該提籃系桿拱橋位于城市支路，規劃道路紅線13 m，設計長度434.433 m。其中橋梁全長為98 m，橫向布置為2.3 m(人行道)+2.0 m(分隔帶)+8.0 m(機動車道)+2.0 m(分隔帶)+2.3 m(人行道)=16.60 m，橋面車行道橫坡度為2.0%，人行道橫坡度為1.0%，人行道外側設有護欄。橋梁設計汽車荷載等級：城-A級，人群荷載：5.0 KPa。

橋梁上部結構為鋼管混凝土提籃系桿拱橋，屬于剛性系梁剛性拱，采用柔性吊桿，計算跨徑90 m，拱軸線為二次拋物線，矢跨比1/4.5，矢高20 m，拱肋平面由鉛垂面內傾8。，拱肋截面為啞鈴式鋼管混凝土截面。由兩個直徑90 cm鋼管和腹板組成，截面高度210 cm，將C50微膨脹混凝土填充于管內，鋼管橫撐直徑為80 cm，壁厚為14 mm。主橋系梁采用鋼筋混凝土預應力結構，系梁截面采用矩形截面，截面高度2.0 m，截面寬度1.5 m。基礎為承臺接樁基礎，而橋臺為一字式橋臺。每片拱肋由16根吊桿組成，材料為61絲直徑7 mm的鍍鋅高強鋼絲索，吊桿間距5 m，PE護套橋面以上2 m高度外包裹不銹鋼材質套管。橋面板采用實心板，板寬99 cm，厚25 mm，7根一字風撐組成風撐，并用外徑為80 cm的鋼管焊接為一體。主橋上部結構的系梁、中橫梁以及端橫梁都是采用支架現澆而成，鋼管拱肋分段拼裝。

2 全橋有限元模型建立及結構分析

為了解結構的靜力性能，準確制定試驗加載方案，首先對本橋進行了力學性能分析。本文采用有限元計算程序MIDAS/Civil2012建立空間有限元模型，并進行受力分析，該橋的有限元計算模型見圖1。

圖1 全橋Midas civil有限元模型示意圖

3 橋梁靜載試驗

試驗荷載采用正常使用極限荷載狀態所產生的控制截面的設計彎矩進行確定，取設計活載效應最大值作為該橋試驗荷載的控制值。沖擊系數按照相關規范計算確定，結構基頻通過有限元分析軟件計算確定。

3.1 主要試驗工況及加載效率

加載方法是根據測試指標的影響線進行布載，使之滿足《城市橋梁檢測與評定技術規范》(CJJ/T 233-2015)及《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)中規定的加載效率在0.85～1.05之間的要求。

表1 各試驗工況下的荷載效率

3.2 靜載試驗測試結果與分析

位移測試是進行靜載試驗測試的主要項目，位移測試測試結果如下所述。根據測試結果并結合《城市橋梁檢測與評定技術規范》(CJJ/T 233-2015)及《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/TJ21-2011)的相關要求對試驗跨整體的受力性能進行相應評價。

(1)控制截面撓度與應變測試結果與分析

表2 各試驗工況下的荷載效率

根據表2的計算結果可知，在不同的試驗工況條件下，測試截面各個測點撓度校驗系數均在0.64～0.75之間，都小于1，說明該橋跨結構實際工作狀況優于理論狀況；撓度最大殘余比為4.78%，應變最大殘余比為8.14%，都小于20%，這些都表明該橋跨結構處于彈性工作狀態。根據以上測試結果可知，該橋跨結構的整體工作性能良好，承載能力滿足城-A級，人群荷載：5.0 KPa的設計要求。

(2)吊桿最大索力增量測試結果與分析

該橋在設計荷載作用下，產生最大拉力的吊桿為南側8#、9#吊桿。在工況1荷載條件下，吊桿索力理論計算值與實測值的對比情況見表3及表4。

表3 工況1狀態下吊桿索力測試結果表

從表3可以看出：在工況1荷載條件下，吊桿索力增量實測校驗系數為0.80～0.82，小于1，表明計算吊桿拉力增量與設計狀態相符，該橋結構體系受力合理，滿足設計要求。

4 橋梁動載試驗

結構的自振頻率、振型、阻尼比、沖擊系數都是動力荷載試驗的主要測試項目，動力荷載試驗的測試目的是研究橋梁整體結構的動力學特性，并判斷橋梁的實際運營狀況。

4.1 動載測點布置

為了達到測試目的，全橋共用7個加速度傳感器，全部為V向，分別布置在橋跨結果一側的八等分截面處。而動位移測試的測點則布置在橋跨跨中位置。

4.2 結構模態測試結果與分析

采用環境激勵法采集數據，獲得測點信號的頻譜圖后，用傳遞函數法對選擇的頻率峰值進行參數識別，從而求得結構的阻尼比、自振頻率及響應的振型。本橋前階實測頻率與用有限元模型求得的理論自振頻率對比結果以及各階振型的實測阻尼比見表4。

從表4所列測試結果可以看出，該橋結構實測振型與理論振型相符，前2階實測結構固有頻率均大于理論計算頻率，這表明結構實際剛度大于理論剛度。該橋阻尼比在0.009 4～0.017之間，表明該橋阻尼比較大，結構耗能較好。

表4 實測振型與理論振型對比表

4.3 沖擊系數結果分析

該橋在載重車在跑車及剎車工況作用下的動力性能較好；在跳車工況條件下實測沖擊系數為1.167，理論值為1.127，實測沖擊系數大于其理論值，這表明在不良路況條件下橋梁的沖擊系數會有較大幅度的增加，因此，為了避免橋面出現坑洼、破損等現象，做好行車橋面的養護，就顯得特別重要。

5 結 論

通過對該提籃系桿拱橋進行成橋荷載試驗，可以得出一些幾條結論。

(1)本次荷載試驗各工況的荷載效率η值滿足《城市橋梁檢測與評定技術規范》(CJJ/T 233-2015)及《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/TJ21-2011)中0.85≤η≤1.05的規定，滿足靜荷載試驗的相關要求。

(2)該橋拱肋強度、剛度滿足設計要求，縱橫梁抗彎強度、剛度滿足設計要求，且上部結構處于彈性工作狀態，吊桿強度滿足設計荷載要求。

(3)橋梁結構實測自振頻率大于相應的理論計算值，結構實測振型與理論振型相符，這表明目前結構工作狀態較好。