某空腹式混凝土箱拱橋靜載試驗評定

薛 路

（四川華騰公路試驗檢測有限責任公司，四川 成都 610000 ）

1 工程概況

橋梁橋跨布置為（1×14.0）m 簡支空心板梁橋+（1×80.0）m 空腹式混凝土箱拱。橋梁全長110.0m，橋面全寬9.0m，凈寬8.0m。橋梁設計荷載等級：汽車-20 級，掛車-100。上部結構由兩部分組成，分別為（1×14.0）m簡支空心板+（1×80.0）m 等截面懸鏈線鋼筋混凝土箱拱。主跨箱拱主要結構參數為：凈跨徑80.0m，凈矢高13.3m，凈矢跨比約1/6，拱軸系數為2.514，截面尺寸b×h=9.1m×1.4m，主拱上方設有8 道腹拱，腹拱圈凈跨徑5.5m，凈矢高1.1m，凈矢跨比1/5，截面尺寸b×h=9.1m×0.25m。下部結構：重力式橋臺，擴大基礎。

2 靜載試驗

2.1 計算模型

采用有限元軟件Midas/Civil 進行計算分析。橋梁主橋為1×80m 空腹式混凝土箱拱，有限元模型如圖 1 所示。

圖1 橋梁（主橋）空間計算模型

2.2 試驗工況

根據拱式橋的結構特點，橋梁設置2 個工況。分別為主橋拱頂截面最大正彎矩工況（中載）和主橋小里程側拱腳最大負彎矩工況（中載）。各工況控制截面分別為主跨的拱頂截面和小里程側拱腳截面。

2.3 測點布置

應變試驗測點布置應遵循以下原則：①測點布置能全面反映試驗工況的最大內力；②布設一定的校核測點，以保證測試數據的可靠。根據上述布置原則并考慮到該橋的現場環境條件，工況I、II 主拱圈應變傳感器測試斷面布置見圖2，各斷面應變測點布置見。

圖2 工況I、II 主拱圈應變測試斷面布置圖（單位：cm）

圖3 工況I、II 應變測點布置圖（單位：cm）

主拱圈撓度測點縱向布置于主拱圈跨徑的四分點截面，每個截面布置2個測點，橫橋向位于距護欄內側邊緣10cm 處，共計6 點；1#腹拱圈撓度測點布置在1#腹拱圈拱腹拱頂截面，該截面布置2 個測點，橫橋向位于距腹拱圈邊緣約20cm 處；基礎沉降測點布置在試驗跨兩端墩臺的上方橋面，橫橋向布置原則同橋面變形測點，共計4 點[1-3]。

2.4 加載車輛

根據計算分析，采用3 輛載重汽車（三軸車）進行等效加載。

3 測試結果

3.1 工況Ⅰ試驗結果及評定

在工況Ⅰ試驗荷載作用下，主跨拱頂截面下緣理論和實測應變值如下（單位：με）：

理論值：初始值為0，加載第1 級為19，2 級為38，3 級為46，卸載第1 級為38，2 級為0；左側實測值：初始值為0，加載第1 級為8，2 級為17，3 級為26，卸載第1 級為18，2 級為1；右側實測值：初始值為0，加載第1級為9，2 級為19，3 級為23，卸載第1 級為20，2 級為1。

撓度和支點沉降測試結果見表 1。

表1 工況Ⅰ作用下橋面撓度、支點沉降結果（單位：mm）

評定選取主要測點應變和撓度的校驗系數來評定試驗跨的工作性能。應變/撓度校驗系數的評定如下：

左側拱頂截面：實測彈性應變值Se（με）為25，理論計算應變值Ss（με）為46，檢驗系數為0.54；右側拱頂截面：實測彈性應變值Se（με）為22，理論計算應變值Ss（με）為46，檢驗系數為0.48；左側拱頂：實測彈性撓度值Se（mm）為3.47，理論計算撓度值Ss（mm）為6.68，校驗系數為0.52；右側拱頂：實測彈性撓度值Se（mm）為3.29，理論計算撓度值Ss（mm）為6.68，校驗系數為0.49。在工況Ⅰ荷載作用下，主要應變測點實測值小于計算值，應變校驗系數為0.54，表明橋梁結構的實際狀況好于理論狀況；主要撓度測點實測值小于計算值，撓度校驗系數為0.52，表明橋梁實際剛度較理論剛度大，結構安全儲備較好。

3.2 工況II 試驗結果及評定

在工況II 試驗荷載作用下，主拱小里程拱腳截面上緣理論和實測應變值如下（單位：με）：

理論值：初始值為0，加載第1 級為13，2 級為26，3 級為39，卸載第1 級為27，2 級為0；左側實測值：初始值為0，加載第1 級為8，2 級為15，3 級為21，卸載第1 級為17，2 級為1；右側實測值：初始值為0，加載第1級為6，2 級為13，3 級為19，卸載第1 級為14，2 級為1。

撓度和支點沉降測試結果見表 2。

表2 工況II 作用下橋面撓度、支點沉降結果（單位：mm）

選取主要測點應變和撓度的校驗系數來評定試驗跨的工作性能。應變/撓度校驗系數的如下：

小里程拱腳截面左側上：實測彈性應變值Se（με）為20，理論計算應變值Ss（με）為39，檢驗系數為0.51；截面右側上：實測彈性應變值Se（με）為18，理論計算應變值Ss（με）為39，檢驗系數為0.46；QM1左測點：實測彈性撓度值Se（mm）為2.90，理論計算撓度值Ss（mm）為5.73，校驗系數為0.51；QM1 右測點：實測彈性撓度值Se（mm）為2.86，理論計算撓度值Ss（mm）為5.73，校驗系數為0.50。在工況II 荷載作用下，主要應變測點實測值小于計算值，應變校驗系數為0.51，表明橋梁結構的實際狀況好于理論狀況；主要撓度測點實測值小于計算值，撓度校驗系數為0.51，表明橋梁實際剛度較理論剛度大，結構安全儲備較好[4-5]。

3.3 靜載試驗結果總結

試驗工況的荷載效率系數滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/T J21-01-2015)中第5.4.2 條關于對橋梁非交（竣）工驗收靜載試驗效率系數介于0.95～1.05 的要求；在各試驗工況下，主拱圈控制截面應變的校驗系數介于0.46-0.54 之間；主拱圈主要測點撓度校驗系數介于0.49-0.52 之間。表明試驗跨主要承重構件的工作性能正常，結構抵抗變形能力正常，結構處于彈性工作狀態，能滿足設計荷載（汽車-20 級，掛車-100）正常使用的要求。