哑铃型钢管混凝土拱桥静动力性能试验研究

张 瑞 琦

(同济大学，上海 200092)

哑铃型钢管混凝土拱桥静动力性能试验研究

张 瑞 琦

(同济大学，上海 200092)

对哑铃型钢管混凝土拱桥的静动力性能进行了试验研究，阐述了静载试验与动载试验的测试内容，测点布置与加载位置，并分析了试验结果，得出了一些有价值的结论。

静载试验，测试，位移，动载试验

1 项目概况

此哑铃型钢管混凝土拱桥位于浙江省建德市，常水位江面宽度为300 m，相应水深5 m。大桥主桥为三孔不等跨中承式钢管混凝土拱桥，跨径为84 m+120 m+84 m。中跨拱肋高2 m，由两根直径为80 cm的钢管组成钢管混凝土拱肋；两个边跨的钢管混凝土拱肋高1.8 m，由两根直径为75 cm的钢管组合而成。拱肋钢管内填40号微膨胀混凝土。拱桥桥面采用钢筋混凝土空心板，施工时先简支后连续。空心板支于钢筋混凝土横梁上。横梁与拱肋间由110-φs5高强碳素钢丝束吊杆连结。主桥水中两个桥墩采用重力式基础，两岸桥台采用钢筋混凝土沉井。

2 静载试验

2.1 测试内容与测点布置

根据系杆拱桥的受力特点以及现场测试工作的条件，拟定的静载试验测试内容包括：北边跨拱脚(S1)、四分点(S3)及拱顶(S2)断面钢管应力；中跨拱脚(S4)、四分点(S5)及拱顶(S6)断面钢管应力；部分吊杆活载拉力；拱桥拱肋竖向变形。测试断面、内力测试吊杆位置及断面测点布置见图1。

2.2 加载位置

本次荷载试验共分八个工况，工况一～工况八分别为边跨拱脚S1断面负弯矩、边跨拱顶S2断面正弯矩、边跨拱肋3/4点S3断面正弯矩、边跨拱肋3/4点S3断面负弯矩、中跨拱脚S4断面负弯矩、中跨拱肋1/4点S5断面正弯矩、中跨拱肋1/4点S5断面负弯矩、中跨拱顶S6断面正弯矩。典型加载工况车辆布载位置见图2。计算得到各截面的加载效率均在0.87～1.05，满足要求。

2.3 挠度试验结果及分析

试验中测试了边拱拱顶、四分点在边拱各加载工况下的挠度以及中拱拱顶、四分点在中拱各加载工况下的挠度。表1中给出了试验中边拱拱肋各挠度测点在工况二、工况三与工况四下的挠度值及挠度校验系数，中拱拱肋各挠度测点在工况六、工况七及工况八下的挠度值及挠度校验系数。

表1 拱肋挠度实测值与计算值比较

mm

经计算得到各测点的竖向挠度的校验系数为0.72～1.04。在边跨拱顶正弯矩加载工况中，跨中挠度为1.9 mm，小于理论计算值2.5 mm，挠度校验系数为0.76；在边跨拱肋3/4点正弯矩加载中，拱肋3/4处挠度为7.3 mm，小于理论计算值8.0 mm，挠度校验系数为0.91；在边跨拱肋3/4点负弯矩加载中，拱肋3/4处挠度为-6.0 mm，小于理论计算值-6.4 mm，挠度校验系数为0.94。 在中跨拱顶正弯矩加载工况中，跨中挠度为9.2 mm，略大于理论计算值8.8 mm，挠度校验系数为1.04；在中跨拱肋1/4点正弯矩加载中，拱肋3/4处挠度为21.5 mm，小于理论计算值22.1 mm，挠度校验系数为0.97；在中跨拱肋1/4点正弯矩加载中，拱肋3/4处挠度为-15.8 mm，小于理论计算值-16.1 mm，挠度校验系数为0.98。结果说明实际结构刚度满足设计及规范要求。

2.4 控制截面应力试验结果及分析

试验测试了中拱和边拱的拱脚、拱顶及四分点在对应工况下的实测应力及理论应力值分布情况，见表2。

表2 应力实测值与计算值比较

实测该桥边跨、中跨跨中拱顶负应力分别为-6.45 MPa和-11.33 MPa，与理论计算值-6．62 MPa和-1.40 MPa相接近；实测边跨拱肋3/4点正应力和负应力为9.04 MPa和-9.85 MPa，小于理论计算值9.84 MPa和-11．06 MPa；实测中跨拱肋1/4点正应力和负应力为12.57 MPa和-16.47 MPa，接近理论计算值14.33 MPa和-16.16 MPa；实测边跨拱脚断面正应力和负应力为7.56 MPa和-7.65 MPa，小于理论计算值11.42 MPa和-7.95 MPa；实测中跨拱脚断面正应力和负应力为19.01 MPa和-21.25 MPa，小于理论计算值22.20 MPa和-25.99 MPa。

所有控制截面应力校验系数为0.63～1.02。在最不利荷载作用下，各控制截面的应变校验系数满足《大跨度混凝土桥梁试验方法》3.19.2条款的规定，校验系数为0.6～1.1，说明结构具有一定的应力储备。

2.5 吊杆索力增量测试

实测得到边拱拱顶正弯矩工况下，边拱4号、5号、6号吊杆的索力增量最大值分别为74 kN，68 kN和30 kN，而理论计算得到的索力增量分别为82 kN，70 kN和32 kN，校验系数分别为0.90，0.97和0.94。中拱拱顶正弯矩工况下，中拱7号、8号、9号吊杆的索力增量最大值分别为82 kN，74 kN和45 kN，而理论计算得到的索力增量分别为85 kN，73 kN和48 kN，校验系数分别为0.96，1.01和0.94。吊杆增量校验系数在0.90～1.01，均属于正常范围。

3 动载试验

桥面振动响应测定主要获得大桥在车辆激励下的桥面振动大小的定量描述。试验采用四辆载重车(车辆总重量与静载试验车辆重量相同)，分两组以10 km/h，30 km/h的车速匀速驶过桥面，记录所有测点的加速度时程信号。试验时，在全桥中跨和北边跨两跨跨中位置布置4个竖向测点，具体测点布置及测点编号如图3所示。

图4为桥面典型测试部位的振动信号加速度幅值图。实测信号的幅域分析可以得知：车辆激励下，边跨最大实测竖向振动加速度幅值约16.89 cm/s2，此时车辆激励为30 km/h；桥面竖向振动加速度有效值(RMS)为1.95，小于2 cm/s2。中跨最大实测竖向振动加速度幅值约16.06 cm/s2，此时车辆激励为30 km/h；桥面竖向振动加速度有效值(RMS)为1.90，小于2 cm/s2。此桥在车辆激励下的振动强度与其他许多桥梁的振动水平相近，属正常水平。

4 结语

1)静载试验测定的主要截面挠度校验系数在规定范围内，说明结构实际刚度满足设计要求。

2)静载试验荷载下，拱肋控制截面实测应力校验系数在合理范围内，吊杆内力增量校验系数在0.90～1.01，均属于正常范围。说明此大桥结构受力合理，具有承受原设计荷载的强度。

3)车辆激励下的桥面振动强度属正常水平，表明实际结构的动力刚度较好，满足正常使用要求。

[1] JTG D60-2004，公路桥梁设计基本规范[S]．

[2] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 戴泽涛，张春凤.桥梁静动载试验的方法研究[J].城市建设理论研究,2011(21):2-5．

Experimental research on static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge

ZHANG Rui-qi

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The paper tests and studies the static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge, describes static and dynamic load testing contents, testing points distribution and uploading position, and then analyzes testing results, and finally draws some valuable conclusions.

static load test, test, displacement, dynamic load test

1009-6825(2014)11-0185-02

2014-02-08

张瑞琦(1988- )，男，在读硕士

U448.22

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