某拱橋靜力荷載試驗與結構評定

2021-04-30 06:06:10徐華鑫

甘肅科技 2021年5期

徐華鑫

（1.甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅蘭州 730000；2.公路建設與養護技術、材料及裝備交通運輸行業研發中心，甘肅蘭州 730030）

1 概述

橋梁的承載力一般通過測試橋跨結構的應力和撓度來反應，橋梁的承載力指標是指在最不利條件下結構的綜合反應，橋跨結構最不利的條件是荷載試驗最關鍵部分。因此，測試關鍵結構的變形是整個橋梁結構的關鍵[1]。

橋梁的承載力指標主要包括強度，剛度，穩定性，動態響應和動態特性,不同的類型的橋梁結構，荷載試驗測試的承載力指標有所不同[2]。因此，在籌備荷載試驗方案時，應通過分析反映載荷試驗內容，以反映結構承載力指標。因此，荷載試驗最終的目的就是了解橋梁結構的具體的受力情況，確保橋梁在運營過程中安全，保障人身安全和財產安全[3]。

2 工程概況

橋梁位于國道212 線上，橋梁中心樁號K077+621.00，橋梁平面位于直線線路上；橋梁工程全長67.4m，橋跨結構采用3m×15m 的圬工拱，橋梁工程建造于1972 年。橋面鋪裝為瀝青混凝土。橋跨主拱圈及腹拱圈均采用預制混凝土塊砌筑，主拱圈寬度8.0m，厚度0.7m，矢高2.2m。橋梁設計荷載等級為汽-20，掛-100。橋梁工程全景如圖1 所示。

圖1 橋梁全景圖

3 靜載試驗

3.1 檢測截面及測點布置

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》要求，依拱橋的受力性能[4]，最終確定蘭州側孔跨跨中（CC 截面）和距拱腳50cm 處截面（A-A 截面）作為檢測控制截面，以此來觀察橋梁在正常情況下，控制截面處的結構受力與變形行為?？刂平孛嫒鐖D2 所示。按照檢測項目及檢測任務要求，根據結構構造特點和理論計算結果，測點布置如下：

靜態應變測點在A-A 截面自中線向兩側每間隔1.6m 布置1 個應變測點，共計5 個應變測點，應變測點編號以面向蘭州方向自左向右編號，依次為A-1～A-5。

圖2 控制截面示意圖(單位：m)

靜態撓度測點在B-B 截面自中線向兩側每間隔1.6m 布置一個位移測點，共計5 個位移測點，位移測點編號以面向蘭州方向自左向右編號，依次AW-1～AW-5。測點布置詳如圖3 所示。

圖3 A-A 截面測點布置圖和C-C 截面測點布置圖

對荷載試驗橋梁，根據相關要求計算出各檢測截面的最大設計內力值，以此來觀察各檢測截面在最不利設計荷載作用下的不同變形[6]，根據靜力等效原則，根據試驗荷載類型的實際情況，通過計算來確認具體的試驗荷載總值以及加載方式[7]。

3.2 試驗工況與荷載效率

1）確定試驗荷載的原則。一般情況下，試驗橋梁的結構現狀、現有的病害以及運營承載力和結構耐久力是通過靜載荷試驗方法來確認，以此來正確確認試驗橋梁結構的安全性，橋梁運營能力。根據交通運輸部公路科學研究所編制的《大跨度混凝土橋梁試驗方法》，交通運輸部公路局技術部和公路規劃設計研究院的建議，通常使用基本荷載。根據現場的實際情況，從車輛載荷中選擇橋梁的試驗載荷。為了準確評估結構行為，靜態試驗載荷產生的結構效應與設計載荷的結構效應（靜載荷試驗效率ηq）之比應滿足以下范圍：

其中:ηq——靜載試驗效率（ηq=Sj/Ss）；

Sj——試驗荷載作用下典型位移/內力計算值；

Ss——設計標準荷載作用下典型位移/內力計算值(應考慮空間作用與動力系數)。

2）試驗荷載構成。橋梁荷載試驗加載方式主要是采用載重汽車，荷載試驗車輛的具體技術參數見表1。

表1 試驗加載車輛參數清單

3）加載工況與試驗荷載效率。通過不同加載方式四種工況進行荷載試驗，根據試驗荷載的等效并從提高試驗測試工作的效率考慮，按下面四種加載方式進行橋梁荷載試驗：

工況1—C-C 截面處的豎向撓度最不利縱向布載-左偏載；工況2—C-C 截面處的豎向撓度最不利縱向布載-右偏載；工況3—A-A 截面處的彎矩最不利縱向布載-左偏載；工況4—A-A 截面處的彎矩最不利縱向布載-右偏載。各工況車輛具體布置位置如圖4～7 所示。

按照試驗車輛具體的實際技術參數及加載布置方式，得出了荷載效率系數，結果見表2。

表2 主拱各截面設計最大效應和試驗荷載效應

3.3 試驗結果與分析

3.3.1 理論計算

根據試驗橋梁結構的特點，采用桿系結構建立橋梁的平面分析模型，根據設計荷載來計算橋跨結構在最不利荷載作用下的縱向試驗位置及在水平方向上最不利的位置。根據確定的縱向試驗位置和橫向位置后，利用試驗橋梁的結構特點建立ANSYS有限元模型來計算監測點的理論位移和應力。根據橋梁的結構特征，實體元素用于理論分析。根據實際車輪位置和軸重將測試載荷施加到單元表面。理論分析和計算由ANSYS 完成。實體模型如圖8 所示，有限元空間分析模型如圖9 所示。