下承式鋼管混凝土系桿拱橋特殊檢測試驗方法研究

鄧玉華

（福建省交通建設工程試驗檢測有限公司，福州 350001）

1 引言

下承式鋼管混凝土系桿拱橋，以其獨特的結構形式和優美結構線形，廣泛應用于橋梁建設中。服役多年后的下承式鋼管混凝土拱橋將面臨1 次全面的特殊檢測，用以評價其承載能力是否出現嚴重的衰減，并為后期的養護和修復工作提出建議[1]。本文以1 座服役多年的下承式鋼管混凝土系桿拱橋為例，對其進行特殊檢測試驗方法研究。

2 工程背景

某下承式鋼管混凝土系桿拱橋分左右幅，橋梁總長113.72 m。橋跨布置為1 孔跨徑99 m 的鋼管混凝土下承式系桿拱，凈矢跨比1/5，凈矢高19.8 m。設計荷載為汽超-20級，掛-100 級，人群荷載4.0 kN/m2。

3 橋梁技術狀況評估

3.1 外觀病害檢測

對橋面系、上部結構、下部結構進行全面的外觀檢測。橋面系的主要病害是橋面鋪裝的磨光、露骨、裂縫、破損。上部結構的主要病害是拱肋拱背鰭狀凸起處鐵件均出現銹蝕現象以及局部生銹。下部結構的主要病害是橋臺前墻砌縫脫落以及開裂、滲水等[2]。

3.2 自振頻率測試

3.2.1 測點布置

橋梁自振特性測點布置在橋面行車道上，以觀測橋梁豎向自振特性。自振頻率測點須在拱肋及橋面同時布點，協同采集。

3.2.2 測試結果

有限元程序M IDAS/CIVIL 理論計算模態值豎向第一階振型對比如圖1 所示。表明該下承式鋼管混凝土系桿拱橋實際成橋剛度大于理論剛度，說明橋梁的整體剛度滿足設計要求。

圖1 豎向第一階振型對比

3.3 無損檢測

無損檢測主要針對該橋混凝土部件，包括混凝土強度、碳化深度檢測及鋼筋保護層厚度檢測3 個方面。根據測試結果得到回彈強度、鋼筋保護層厚度評定標度均為1。

3.4 橋梁技術狀況評定

對該橋進行技術狀況等級評定，評定結果為：上部構造39.7 分，下部構造83.3 分，橋面系60.0 分，本橋技術狀況評分為Dr=39.7×0.40+83.3×0.40+60.0×0.20=61.2，故該橋技術狀況評定等級為3 類。

4 靜力荷載試驗

4.1 靜力荷載試驗工況

根據下承式鋼管混凝土系桿拱橋結構特點確定靜力荷載試驗項目包括：L/2 截面（L 為橋長）、L/4 截面最大正彎矩偏載應變、撓度測試；拱腳最大負彎矩偏載應變測試。

4.2 測點布置

應變、撓度測試工況、截面及測點布置見表1 和圖2。

表1 各工況控制截面及量測內容

圖2 截面應變測點圖

4.3 靜載數據分析

該下承式鋼管混凝土系桿拱橋應變校驗系數位于0.60～0.87，處于規定的正常值范圍，所以，截面剛度滿足試驗荷載要求。該下承式鋼管混凝土系桿拱橋撓度校驗系數位于0.60～0.80，滿足規定的正常值范圍，所以，整體剛度滿足試驗荷載要求[3]。

5 承載能力檢算

5.1 鋼管混凝土拱肋承載能力極限狀態計算

5.1.1 檢算依據

鋼管混凝土拱肋承載能力極限狀態，根據式（1）進行計算評定：

式中，S 為荷載效應函數；R（*）為結構抗力函數；其他參數意義見表2。

表2 結構檢算參數取值

5.1.2 檢算參數取值及檢算結果

檢算參數取值見表2。取最不利的拱腳斷面進行極限承載力驗算，且由計算可知，荷載效應組合最不利內力為承載能力極限狀態組合1（即考慮恒載+車輛荷載+人群荷載）的內力值[4-6]。查結果可知，用拱腳最小彎矩（負彎矩最大值）控制設計：彎矩值Mj=8 795.6 kN·m，軸力值Nj=16 930 kN。

根據式（1），鋼管混凝土拱肋拱腳極限承載能力：

鋼管混凝土拱肋拱腳荷載組合效應：

以上計算結果表明，鋼管混凝土拱肋承載能力極限狀態滿足要求。

5.2 吊索承載能力計算

5.2.1 檢算依據

吊索承載能力計算，根據式（2）進行計算評定：

式中，N 為吊索受拉軸力設計值；其他參數意義見表3。

5.2.2 檢算參數取值

結構檢算參數取值參照表3。

表3 結構檢算參數取值

5.2.3 檢算結果

成橋狀態外肋吊桿索力在荷載組合作用下的計算結果見表4。

表4 外肋吊桿索力計算結果kN

6 結論

本文通過某下承式鋼管混凝土系桿拱橋特殊檢查試驗方法研究，得到如下結論：

1）根據外觀質量檢查及測試結果，本橋技術狀況評分為61.2，故該橋技術狀況評定等級為3 類。

2）靜力荷載卸零后各撓度測點與應變測點的相對殘余均滿足規范中小于20%的規定；試驗荷載滿載時，各撓度測點與應變測點實測值均小于理論計算值，校驗系數滿足規范中的要求。

3）無障礙行車試驗下，左右幅沖擊系數小于根據規范計算的理論計算值，說明本橋行車舒適性較好。

4）承載能力檢算的結果表明：該橋目前狀態能滿足汽車-超20 的通行要求，吊索承載能力滿足規范要求。