既有上承式钢筋混凝土连拱拱桥静载试验与承载力评估

王前东

（河南省收费还贷高速公路管理中心 河南 郑州 450016）

1 工程概况

某上承式钢筋混凝土连拱拱桥，拱肋采用钢筋混凝土结构，桥跨组成为32.5m+3×35m+32.5m，宽39.5m，全桥长181m。每跨有10片拱肋，中间六片为“工”字型，两侧各两片拱肋为矩形。外侧拱肋与人行道主纵梁组成拱梁组合结构，内侧拱肋无纵梁，拱肋上设立柱、横撑和盖梁。立柱盖梁、人行道主纵梁采用现场浇筑，其余构件预制拼装，拱肋分两段预制，跨中1m采用湿接缝浇筑，拱脚固结，现场浇筑。桥梁杆件编号示意图如图1所示。

图1 桥梁杆件编号示意图

2 外观检查结果

（1）拱肋总体外观较好，无明显变形、裂缝产生。拱脚与拱座界面有少量微细环形裂缝，如2号孔7#拱片在1#墩拱座上有1条裂缝，4号孔1#拱片在3#墩拱座上有1条裂缝和3#拱片在4#墩拱座上有1条裂缝，缝宽均为0.1mm；

（2）横撑除露筋外，无明显病害；

（3）盖梁钢筋外露，2号孔盖梁底出现沿杆件方向纵向早期干缩裂缝，分别位于1#盖梁和6#盖梁上，缝宽0.1～0.2mm；

（4）2号孔拱顶附近立柱斜向裂缝共13条，沿杆件方向裂缝2条，缝宽最大0.15mm；3号孔拱顶附近立柱斜向裂缝共10条，缝宽0.10mm，其中1条缝宽为0.3mm；4号孔拱顶附近立柱斜向裂缝共24条，缝宽最大0.20mm。

3 静载试验

本桥结构计算采用MIDAS CIVIL 2010，结构计算简图如图2所示，全桥共划分790个节点，938个梁单元。经查阅设计资料，本桥设计荷载为汽车-超20级，人群荷载3.5kN/m2。根据汽车荷载的弯矩包络图和轴力包络图，确定测试截面如图3所示。其中应力采用混凝土表面式电阻应变片测量,挠度采用百分表测量，同时在3号拱肋拱脚处布置水平和竖向百分表，测试拱脚位移。

图2 机构计算简图

图3 测试截面布置图（cm）

3.1 加载车辆

采用等效荷载法，采用均为30t重的汽车组成的汽车车队进行加载。加载车辆进场前先称量每辆车的轴重并记录编号，保证车辆总重误差不超过5%，并尽可能使荷载效率系数η 在 0.9～1.0 之间， 以满足基本荷载试验 0.8≤η≤1.05 的规定。

3.2 加载工况

工况一：测试1-1截面的最小负弯矩对应的正应力和4-4截面的轴力。

工况二：测试1-1截面的最小轴力对应的正应力和2-2截面的最大正弯矩对应的正应力和位移。

工况三：测试3-3截面的最大正弯矩对应的正应力和位移。

工况四：测试在3-3截面的最小正弯矩对应的正应力和位移。

3.3 试验结果及分析

选取工况三作用下的计算结果及实测值见表1、表2所列，其校验系数ξ=实测值／理论值。

表1 工况三2号拱肋3-3截面应力数据分析

结构应力校验系数小于1，说明结构的承载能力满足设计荷载使用要求，相对残余应力小于20%，结构处于弹性工作状态。

表2 工况三拱肋截面位移数据分析

结构位移校验系数小于1，说明结构的刚度满足设计荷载使用要求,结构相对残余变形1.18%，小于20%，结构处于弹性工作状态。

4 试验结论及维修处理建议

4.1 通过静载试验，在对大量的测试数据进行整理分析的基础上得到以下几点结论：

（1）各测试截面的应力校验系数ξ均小于1，说明结构的强度满足设计要求，具有一定的安全储备；

（2）各挠度测试截面的挠度校验系数ξ均小于1，说明结构的刚度满足设计要求，刚度较好；

（3）本桥相对残余变位较小，说明桥梁处于弹性工作状态；

（4）实测挠度所测算的活载横向分布系数与理论计算的活载横向分布系数吻合较好，说明大桥的整体受力性能较好；

（5）试验前主拱肋未发现裂缝，试验时对3号拱肋控制截面进行观察也未发现裂缝，试验后亦未发现裂缝；经观测，在荷载试验期间立柱斜裂缝宽度未发生明显变化；

（6）综上所述，银湖大桥各项测试结果均满足试验规范、规程的要求，能够满足汽车-超20级，挂车-120，人群荷载3.5kN/m2的设计荷载正常使用的要求；

（7）通过前期检查和试验，建议对本桥进行适当的维修处理。

4.2 维修处理建议

根据静载试验，本桥的承载能力满足正常使用要求，但结构局部存在的微裂缝和露筋等病害影响桥梁的耐久性，伸缩缝混凝土开裂影响行车舒适性。建议对主要受力构件如拱脚、立柱、立墙等存在的裂缝缝进行封闭处理，并粘贴碳纤维布或钢板以抑制裂缝的发展；对立墙表面作防水处理；对全桥主要构件混凝土剥落区域进行修补，锈蚀钢筋进行除锈防锈；修补伸缩缝开裂混凝土。

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