寶興混凝土拱橋荷載試驗研究

王 雙 勝

(四川川交道橋勘測設(shè)計有限公司，四川 成都 610000)

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寶興混凝土拱橋荷載試驗研究

王 雙 勝

(四川川交道橋勘測設(shè)計有限公司，四川 成都 610000)

通過對寶興混凝土拱橋荷載試驗，分析了橋跨結(jié)構(gòu)在試驗荷載下的受力情況，實驗結(jié)果表明，在原設(shè)計荷載作用下，主拱圈承載力和整體剛度滿足要求，腹拱圈承載力和整體剛度不滿足要求；對公路—Ⅱ級設(shè)計荷載的結(jié)構(gòu)驗算表明，主拱圈拱腳截面的原始強度和修正強度驗算均不滿足要求，需要對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固以滿足規(guī)范要求。

拱橋，荷載試驗，主拱圈，腹拱圈

1 工程概況

寶興混凝土拱橋橋型為單跨空腹式石拱橋，重力式墩臺和擴大基礎(chǔ)。本次檢測根據(jù)現(xiàn)場實測或采樣的數(shù)據(jù)盡可能恢復(fù)了部分橋梁資料。五龍橋的主要技術(shù)指標為：橋梁全長：75.8 m；橋面寬度：1.25 m(人行道)+7 m(行車道)+1.25 m(人行道)=10.5 m；原設(shè)計荷載：汽—13，拖—60；主拱凈跨徑：50 m；腹拱凈跨徑：3.5 m；主拱圈寬度：6.8 m；主拱圈砌體厚度：1 m；腹拱圈砌體厚度：0.3 m。

2 原設(shè)計(汽—13,拖—60)加載方案

采用通用有限元軟件Midas Civil建立橋梁結(jié)構(gòu)三維有限元模型。

2.1 加載方案

本次靜載試驗需用275 kN汽車(車重+荷重)2輛。本次試驗中對原設(shè)計荷載的加載效率采用彎矩效率控制，在L/2，L/4跨拱圈最大正彎矩的加載效率分別為101.6%，96.9%，在拱腳最大負彎矩處加載效率為97.2%。根據(jù)《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》(報批稿)，加載實驗有效。

2.2 加載工況

與測試內(nèi)容對應(yīng)，共分為8種試驗工況，分別為：

工況1/工況2：縱橋向按主拱圈L/2截面最大正彎矩和撓度最不利位置布載(中載)/(偏載)；

工況3/工況4：縱橋向按主拱圈L/4截面最大正彎矩和撓度最不利位置布載(中載)/(偏載)；

工況5/工況6：縱橋向按主拱圈拱角截面最大負彎矩最不利位置布載(中載)/(偏載)；

工況7/工況8：縱橋向按腹拱圈L/2截面最大正彎矩最不利位置布載(中載)/(偏載)。

2.3 荷載實驗結(jié)果分析

1)主拱圈荷載實驗結(jié)果分析。

a.工況1～工況6試驗荷載作用下主拱圈各測點的應(yīng)變實測值均小于計算值。其中，結(jié)構(gòu)在工況2作用下，主拱圈L/2截面應(yīng)變校驗系數(shù)平均值最大，為75.7%；結(jié)構(gòu)在工況5作用下，主拱圈拱角截面應(yīng)變校驗系數(shù)平均值最小，為61.4%。

b.工況1～工況6試驗荷載作用下主拱圈各測點的撓度實測值均小于計算值。

c.工況1～工況6試驗荷載作用下主拱圈未出現(xiàn)明顯的殘余變形，說明在試驗荷載作用下，主拱圈基本處于彈性工作狀態(tài)。

2)腹拱圈荷載實驗結(jié)果分析。

a.腹拱圈在工況7作用下，腹拱圈L/2截面應(yīng)變校驗系數(shù)最大值達116.4%，應(yīng)變校驗系數(shù)平均為90.9%，結(jié)構(gòu)在工況8作用下，腹拱圈L/2截面應(yīng)變校驗系數(shù)最大值達130.1%，腹拱圈L/2截面應(yīng)變校驗系數(shù)平均為93.8%。這表明腹拱圈的工作狀態(tài)差。

b.工況7，工況8試驗荷載作用下腹拱圈出現(xiàn)了較明顯的殘余應(yīng)變，說明在試驗荷載作用下，腹拱圈已超出彈性工作狀態(tài)，分析其主要原因是腹拱圈已有的砌縫開裂缺陷所致。

c.工況7，工況8的腹拱圈剛度和強度在試驗荷載作用下，已超出彈性工作狀態(tài)。

3 現(xiàn)行荷載結(jié)構(gòu)驗算

目前，寶興縣五龍橋所在道路等級為縣道，因此參照JTG D60—2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范擬定該縣道為三級公路，從而擬定目前通行荷載等級為公路—Ⅱ級。因此采用設(shè)計荷載為公路—Ⅱ級對寶興縣五龍橋進行結(jié)構(gòu)驗算，人群荷載：3.0 kN/m2。

結(jié)合主拱圈和腹拱圈混凝土預(yù)制塊砌體抗壓強度實測值，主拱圈擬采用M10砂漿砌筑C30預(yù)制混凝土塊砌體，抗壓強度設(shè)計值為5.06 MPa，彎曲抗拉強度設(shè)計值為0.086 MPa，彈性模量為8 602 MPa；腹拱圈采用M7.5砂漿砌筑C25預(yù)制混凝土塊砌體為4.14 MPa，彎曲抗拉強度設(shè)計值 0.074 MPa，彈性模量為6 624 MPa。立柱采用M5砂漿砌筑M40號粗料石。

4 有限元計算結(jié)果

通過有限元分析軟件Midas Civil分別計算了各荷載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力。恒載+汽車：最大軸力2.33E+04，修正抗力2.05E+04，強度系數(shù)0.88。恒載+汽車+整體升溫20 ℃：最大軸力2.33E+04，修正抗力1.92E+04，強度系數(shù)0.82。恒載+汽車+整體降溫20 ℃：最大軸力2.32E+04，修正抗力2.06E+04，強度系數(shù)0.89。主拱圈拱腳截面原始強度驗算和修正強度驗算均不滿足要求。對于正常試用階段驗算主拱圈的撓度為0.050 1 m，規(guī)范限定值0.050 6 m，由此可見，結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)驗算滿足要求，但安全儲備很小。

5 結(jié)語

1)在原設(shè)計荷載(汽—13,拖—60)作用下，試驗時主拱圈承載力和整體剛度滿足要求，腹拱圈承載力和整體剛度不滿足要求；試驗時主拱圈沖擊系數(shù)較大，腹拱圈的沖擊系數(shù)大，橋梁結(jié)構(gòu)行車性能較差。

2)通行公路—Ⅱ級設(shè)計荷載的結(jié)構(gòu)驗算表明，主拱圈拱腳截面的原始強度和修正強度驗算均不滿足要求。

3)五龍橋承載能力已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行荷載使用要求，應(yīng)立即進行交通管制；該橋應(yīng)按照現(xiàn)行設(shè)計荷載等級及對結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的加固提高荷載等級。

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Study on load test of Baoxing concrete arch bridge

Wang Shuangsheng

(SichuanTrafficBridgeSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

Through carrying out load test of Baoxing concrete arch bridge, the paper analyzes bridge-span structure stress conditions under experimental load condition. The experimental results show that: under the action of original load, the main arch ring bearing capacity and integral rigidity meet demands, however, spandrel arch ring bearing capacity and integral rigidity don’t meet demands, the structural examination results of design load of highway grade Ⅱ show that: the original major arch ring section strength and modified strength don’t meet demands, which needs to make the bridge structure reinforcement so as to meet demands.

arch bridge, load test, main arch ring, spandrel arch ring

1009-6825(2016)10-0155-02

2016-01-27

王雙勝(1980- )，男，碩士，工程師

U448.22

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