某中承式鋼管混凝土拱橋靜載試驗分析

常 亮 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

橋梁靜載試驗是了解橋梁結構實際工作性能，如結構強度、剛度、抗裂性等最直接有效的辦法，測量橋梁在各種靜力荷載工況下的各個控制截面的應力應變及結構的撓度變形，從而確定結構的實際工作性能與設計是否相符，檢驗結構強度、剛度以及橋梁承載能力，試驗過程還應關注可能出現的異常現象。

2 工程概況

某中承式鋼管混凝土拱橋，橋跨徑布置為15.0m+2×75.0m+15.0m，橫斷面布置為0.3m（防撞護欄）+5.4m（人行道）+0.3m（防撞護欄）=6.0m，主拱圈為五邊形鋼管混凝土結構，主跨計算跨徑65.0m，側向旋轉前矢高24.377m，矢跨比1/2.666，拱軸線為圓曲線；全橋共16根吊桿，吊桿上端順橋向沿橋梁設計中軸線投影間距7.0m，下端順橋向沿橋梁設計中軸線投影間距6.0m；主梁采用1.5m高的鋼箱梁斷面，兩側懸臂寬1.5m，懸臂端部高50cm，頂、底板厚度均為20mm，腹板厚度為16mm。下部結構采用1.2m鉆孔灌注樁，樁端嵌入中風化泥質粉砂巖。主拱圈采用鋼管混凝土結構，鋼管采用20mm厚的鋼板焊接而成，內灌注C50自密實補償收縮混凝土；主梁采用Q345qC鋼材，吊桿采用PES.E(C)5-121環氧噴涂鋼絲拉索成品吊桿，拱腳采用C40混凝土。設計荷載按《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）第10.0.3 條中規定的小型車專用道路取值，橋面按雙向共計2個非機動車道考慮。

3 試驗檢測內容

①吊索在試驗荷載下的索力增量：索力是評價該結構安全性和承載能力的一個重要指標，現場采用索力計進行數據采集分析。

②橋跨控制載面在試驗荷載下的撓度及應變：在現場采用全站儀、精密水準儀對撓度進行測量，應變采用應變采集儀測量。

4 加載實施方案

4.1 確定加載控制截面

以設計資料為依據，運用有限元軟件建立該橋仿真模型進行內力分析，橋跨結構的仿真計算模型如圖1所示，根據主梁在汽車荷載下的彎矩、吊索內力圖見圖2、圖3所示，可確定各加載控制面。

圖1 仿真計算模型

圖2 設計荷載下主拱圈彎矩圖

圖3 設計荷載下主拱圈吊索內力圖

依據試驗橋跨（或跨數）的選取原則，選取該橋第1跨、第2跨為試驗跨，各類加載控制及數據采集截面見圖4所示，詳細的控制截面位置描述及控制效應內容見表1所示。

圖4 B-B、C-C截面撓度測點布置圖

加載控制截面位置及控制效應 表1

4.2 加載工況設置及試驗效率

本橋設計荷載為人群荷載12.96kN/m，荷載試驗采用全橋堆載容重為18kN/m的沙袋，用于模擬人群荷載，各工況在各等級加載下內力值及荷載效率見表2所示。

加載工況設置詳表 表2

4.3 加載圖示

本次荷載試驗采用三級加載，逐步加載到滿載（全橋橋面滿鋪沙袋）模擬全橋人群荷載，見圖5、圖6、圖7所示。

圖5 工況1～工況6一級加載加載示意圖

圖6 工況1～工況6二級加載加載示意圖

圖7 工況1～工況6三級加載加載示意圖

4.4 測點布置

根據現場實際情況，撓度采用全站儀、精密水準儀測試，B-B、C-C測試截面橫向布置1個撓度測點，撓度測點如圖8所示。A-A、B-B、C-C、D-D每個測試截面每片梁底各布置4個應變測點，截面應變測點布置如圖9所示。吊桿索力測量布置如圖10所示。

圖8 B-B、C-C截面撓度測點布置圖

圖10 吊桿索力測量布置圖

5.1 應變測試結果

5 試驗結果分析

在工況1、工況4及工況5試驗荷載作用下，各測點應變測試結果分別見表3、表4所示。

工況1、工況4應變測試結果（單位：uε） 表3

工況5應變測試結果表（單位：uε） 表4

5.2 撓度測試結果

在工況5試驗荷載作用下，各測點撓度測試結果見表5所示。

工況5撓度測試結果（單位：mm） 表5

5.3 吊索索力增量測試結果

在工況3、工況6試驗荷載作用下，各測點吊索索力測試結果見表6所示。

工況3、工況6吊索索力增量測試結果表（單位：kN） 表6

通過上述數據分析可知：

①應變測點、撓度測點、吊索內力值在各工況下的實測數據均小于理論計算值，關鍵應變測點的校驗系數為0.71～0.85，關鍵變形測點的校驗系數為0.70～0.85，吊索索力測點的校驗系數為0.70～0.85，滿足規范要求；

②卸除荷載后，應變恢復良好，殘余應變較小，殘余應變與最大應變之比≤20%，殘余變形與最大變形之比≤20%，殘余吊索內力與最大吊索內力之比≤20%，說明該跨橋梁接近彈性工作。

6 檢測結果分析

本文采用《公路橋梁荷載試驗規程》（JTGT J21-01-2015）中建議的加載規定，結合橋梁的具體情況，成功的對橋梁進行了現場試驗與數據采集。建立了有限元模型，并完成計算分析，對橋梁結構承載力及變形進行綜合評定。根據試驗數據及分析結果，現有橋梁結構工作狀況良好，結構承載能力及整體剛度滿足設計荷載“按《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）10.0.3 中，規定的小型車專用道路取值”要求，即該橋滿足“按《城市橋梁設計規范》（CJJ11-2011）第10.0.3 條中，規定的小型車專用道路取值”承載能力荷載標準。