某中承式鋼管混凝土拱橋靜載試驗(yàn)分析

常 亮 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

1 引言

橋梁靜載試驗(yàn)是了解橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作性能，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(gè)控制截面的應(yīng)力應(yīng)變及結(jié)構(gòu)的撓度變形，從而確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能與設(shè)計(jì)是否相符，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及橋梁承載能力，試驗(yàn)過程還應(yīng)關(guān)注可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)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(hù)欄）+5.4m（人行道）+0.3m（防撞護(hù)欄）=6.0m，主拱圈為五邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，主跨計(jì)算跨徑65.0m，側(cè)向旋轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)中軸線投影間距7.0m，下端順橋向沿橋梁設(shè)計(jì)中軸線投影間距6.0m；主梁采用1.5m高的鋼箱梁斷面，兩側(cè)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(jié)構(gòu)采用1.2m鉆孔灌注樁，樁端嵌入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。主拱圈采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管采用20mm厚的鋼板焊接而成，內(nèi)灌注C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土；主梁采用Q345qC鋼材，吊桿采用PES.E(C)5-121環(huán)氧噴涂鋼絲拉索成品吊桿，拱腳采用C40混凝土。設(shè)計(jì)荷載按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）第10.0.3 條中規(guī)定的小型車專用道路取值，橋面按雙向共計(jì)2個(gè)非機(jī)動(dòng)車道考慮。

3 試驗(yàn)檢測內(nèi)容

①吊索在試驗(yàn)荷載下的索力增量：索力是評(píng)價(jià)該結(jié)構(gòu)安全性和承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)，現(xiàn)場采用索力計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析。

②橋跨控制載面在試驗(yàn)荷載下的撓度及應(yīng)變：在現(xiàn)場采用全站儀、精密水準(zhǔn)儀對(duì)撓度進(jìn)行測量，應(yīng)變采用應(yīng)變采集儀測量。

4 加載實(shí)施方案

4.1 確定加載控制截面

以設(shè)計(jì)資料為依據(jù)，運(yùn)用有限元軟件建立該橋仿真模型進(jìn)行內(nèi)力分析，橋跨結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算模型如圖1所示，根據(jù)主梁在汽車荷載下的彎矩、吊索內(nèi)力圖見圖2、圖3所示，可確定各加載控制面。

圖1 仿真計(jì)算模型

圖2 設(shè)計(jì)荷載下主拱圈彎矩圖

圖3 設(shè)計(jì)荷載下主拱圈吊索內(nèi)力圖

依據(jù)試驗(yàn)橋跨（或跨數(shù)）的選取原則，選取該橋第1跨、第2跨為試驗(yàn)跨，各類加載控制及數(shù)據(jù)采集截面見圖4所示，詳細(xì)的控制截面位置描述及控制效應(yīng)內(nèi)容見表1所示。

圖4 B-B、C-C截面撓度測點(diǎn)布置圖

加載控制截面位置及控制效應(yīng) 表1

4.2 加載工況設(shè)置及試驗(yàn)效率

本橋設(shè)計(jì)荷載為人群荷載12.96kN/m，荷載試驗(yàn)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(jí)加載下內(nèi)力值及荷載效率見表2所示。

加載工況設(shè)置詳表 表2

4.3 加載圖示

本次荷載試驗(yàn)采用三級(jí)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(jí)加載加載示意圖

圖6 工況1～工況6二級(jí)加載加載示意圖

圖7 工況1～工況6三級(jí)加載加載示意圖

4.4 測點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，撓度采用全站儀、精密水準(zhǔn)儀測試，B-B、C-C測試截面橫向布置1個(gè)撓度測點(diǎn)，撓度測點(diǎn)如圖8所示。A-A、B-B、C-C、D-D每個(gè)測試截面每片梁底各布置4個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，截面應(yīng)變測點(diǎn)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(diǎn)布置圖

圖10 吊桿索力測量布置圖

5.1 應(yīng)變測試結(jié)果

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

在工況1、工況4及工況5試驗(yàn)荷載作用下，各測點(diǎn)應(yīng)變測試結(jié)果分別見表3、表4所示。

工況1、工況4應(yīng)變測試結(jié)果（單位：uε） 表3

工況5應(yīng)變測試結(jié)果表（單位：uε） 表4

5.2 撓度測試結(jié)果

在工況5試驗(yàn)荷載作用下，各測點(diǎn)撓度測試結(jié)果見表5所示。

工況5撓度測試結(jié)果（單位：mm） 表5

5.3 吊索索力增量測試結(jié)果

在工況3、工況6試驗(yàn)荷載作用下，各測點(diǎn)吊索索力測試結(jié)果見表6所示。

工況3、工況6吊索索力增量測試結(jié)果表（單位：kN） 表6

通過上述數(shù)據(jù)分析可知：

①應(yīng)變測點(diǎn)、撓度測點(diǎn)、吊索內(nèi)力值在各工況下的實(shí)測數(shù)據(jù)均小于理論計(jì)算值，關(guān)鍵應(yīng)變測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.71～0.85，關(guān)鍵變形測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.70～0.85，吊索索力測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)為0.70～0.85，滿足規(guī)范要求；

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

6 檢測結(jié)果分析

本文采用《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTGT J21-01-2015）中建議的加載規(guī)定，結(jié)合橋梁的具體情況，成功的對(duì)橋梁進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集。建立了有限元模型，并完成計(jì)算分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力及變形進(jìn)行綜合評(píng)定。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況良好，結(jié)構(gòu)承載能力及整體剛度滿足設(shè)計(jì)荷載“按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）10.0.3 中，規(guī)定的小型車專用道路取值”要求，即該橋滿足“按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）第10.0.3 條中，規(guī)定的小型車專用道路取值”承載能力荷載標(biāo)準(zhǔn)。