下承式鋼管混凝土系桿拱橋橋梁荷載研究

文 / 王 濤

靜載試驗

工況設(shè)置

本次橋梁靜載試驗主要測試臘口大橋主跨各控制截面在最不利設(shè)計荷載（靜載）下的最大內(nèi)力。利用MIDAS/Civil 2017有限元計算分析軟件建立橋梁有限元模型，以公路-Ⅱ級荷載作為驗算荷載對其進(jìn)行計算分析。

通過計算得出臘口大橋主跨在設(shè)計荷載作用下的彎矩包絡(luò)圖和應(yīng)力包絡(luò)圖。根據(jù)JTG/T J21-01-2015《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》的規(guī)定，并經(jīng)過精確的結(jié)構(gòu)分析計算確定該聯(lián)的內(nèi)力控制截面。

測點布置

1.應(yīng)變測點

根據(jù)結(jié)構(gòu)驗算和檢測經(jīng)驗，應(yīng)變測點布設(shè)不宜過多，但需要保證觀測質(zhì)量。測點的布設(shè)要求：一要能反映結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力（應(yīng)變）和沿梁高分布規(guī)律；二橋面板上表面不宜布置測點，因為會受到橋面鋪裝構(gòu)造的影響。

2.撓度測點

橋梁撓度測量現(xiàn)場使用的是精密水準(zhǔn)儀。布置方法如下：在各工況控制斷面對應(yīng)位置的橋面處設(shè)置撓度控制測點，各墩臺頂設(shè)置支點沉降測點，各測點橫向分別距護(hù)欄內(nèi)側(cè)15cm，編號依次為：L1、L2、L3、L4……，各測點的撓度采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。每一級試驗荷載加載后均要進(jìn)行撓度測量。

試驗荷載布置

1.靜載試驗效率系數(shù)

為了保證荷載試驗的順利實施和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般采用靜載試驗效率控制選擇試驗荷載的大小和加載位置，靜載試驗效率系數(shù)采用0.85～1.05。

2.加載車輛

加載車輛采用自卸式后八輪載重車，加載車的噸位為280kN左右。

3.加、卸載程序

本次橋梁靜載試驗采用280kN的加載車進(jìn)行加載，使其產(chǎn)生的荷載效應(yīng)等效于設(shè)計荷載作用下的最大控制效應(yīng)。本次荷載試驗為基本荷載試驗，整個試驗以不影響結(jié)構(gòu)的正常使用為準(zhǔn)則。加載過程中如果發(fā)現(xiàn)異常，要立即中斷試驗。各試驗跨段測試工況加載過程為1～3級，逐級遞增加載，從零加加載最大試驗荷載，然后1級卸載。

靜載試驗數(shù)據(jù)及分析

1.應(yīng)變測試數(shù)據(jù)分析

現(xiàn)場測試的應(yīng)變數(shù)據(jù)分析表明：在等效試驗荷載作用下，各控制截面的實測應(yīng)變與理論應(yīng)變的變化規(guī)律基本一致，且實測值均小于理論值；應(yīng)變校驗系數(shù)在0.50～0.72之間，與同類型橋梁的實測結(jié)果基本相同。

2.撓度測試數(shù)據(jù)分析

實測撓度結(jié)果分析表明，主跨試驗聯(lián)撓度校驗系數(shù)在0.74～0.77范圍內(nèi)，實測結(jié)果與理論計算結(jié)果的變化規(guī)律一致，符合相關(guān)規(guī)范要求。經(jīng)過各工況下的循環(huán)加卸載作用，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撓度能夠得到恢復(fù)，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

3.索力測試數(shù)據(jù)分析

跨中10#、11#吊桿最大索力加載工況（工況2）作用下，索力增量實測結(jié)果及其理論計算值見表1。

根據(jù)以上實測結(jié)果，可以看出試驗跨索力增量校驗系數(shù)在0.55～0.71范圍內(nèi)；實測值變化結(jié)果與理論計算結(jié)果的變化規(guī)律一致，符合相關(guān)規(guī)范要求。經(jīng)過各工況下的循環(huán)加卸載作用，吊桿索力增量變化值能夠得到恢復(fù)，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

試驗結(jié)果

1.校驗系數(shù)

校驗系數(shù)即指某一測點的實測值與相應(yīng)分析值的比值：η＝Se/Ss。

在各工況最大試驗荷載作用下，試驗各測試截面主要測點的應(yīng)變、撓度及吊桿索力增量實測值與分析值對比情況列于表2。

從表中可以看出，各工況下控制截面主要測點應(yīng)變校驗系數(shù)在0.56～0.70之間，主要控制截面撓度校驗系數(shù)在0.74～0.77之間，主要吊桿索力增量校驗系數(shù)在0.69～0.71之間，均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)各主要受力部位在試驗荷載作用下工作性能良好。

2.相對殘余變形

從表3中可以看出，應(yīng)變最大相對殘余變形為11.11%、撓度最大相對殘余變形為5.53%，主要吊桿索力增量最大相對殘余值為4.98%，結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下，相對殘余應(yīng)變、相對殘余撓度及吊桿索力增量相對殘余值均符合規(guī)范要求，表明結(jié)構(gòu)的彈性工作狀態(tài)均較好。

3.撓度值

根據(jù)文章前部分的分析可以看出，結(jié)構(gòu)在最大試驗荷載作用下控制截面撓度實測值均小于理論分析值，并符合JTG 3362-2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》允許最大撓度值L/600=183mm的要求。

4.裂縫

加載前后均對試驗跨梁體進(jìn)行構(gòu)件裂縫觀測，均未發(fā)現(xiàn)裂縫。

試驗結(jié)果與分析

1、本次臘口大橋主跨靜載試驗荷載的效率系數(shù)值均在規(guī)定的0.85～1.05范圍內(nèi)，符合橋梁荷載試驗規(guī)范的要求。

2、在等效試驗荷載作用下，主跨主要控制截面在試驗荷載作用下應(yīng)變校驗系數(shù)在0.56～0.70之間，撓度校驗系數(shù)在0.74～0.77之間，吊桿索力增量校驗系數(shù)在0.69～0.71之間；各工況下應(yīng)變、撓度、索力增量校驗系數(shù)均滿足要求，結(jié)構(gòu)各主要受力部位在試驗荷載作用下工作性能良好。

3、主跨試驗聯(lián)經(jīng)過各工況下的循環(huán)加卸載作用后，各主要控制截面均未出現(xiàn)可見的受力裂縫，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)變、撓度都能得到及時恢復(fù)，主橋最大相對殘余變形為11.11%，說明結(jié)構(gòu)在試驗荷載的作用下處于較好的彈性工作狀態(tài)。

綜合以上分析：臘口大橋主跨試驗聯(lián)滿足公路-Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn)。