某40米双曲拱桥静载试验分析
2014-08-15杨滔
杨滔
【摘 要】依据最新行业推荐性标准相关条款规定，通过对该双曲拱桥进行理论计算和静载试验分析，直接评估其在公路Ⅱ级荷载作用下的承载性能，静载试验结果分析表明该桥实际横向刚度优于理论刚度，依据实测横向分布系数对效应理论值进行修正，校验系数表明横向刚度修正与否对该桥承载能力评定具有较大影响。
【关键词】静载试验；横向刚度；横向刚度修正；承载能力
1 工程概况
某40米双曲拱桥为某镇连接河流两岸的交通咽喉，1986年建成通车，主桥结构类型为2×40m（净跨径）钢筋混凝土双曲拱，主桥腹拱及引桥均为石板拱，腹拱墩立柱为砼砌块，底部落于钢筋混凝土横梁，桥梁总长137m；桥面总宽8.2m，布置形式为：2×0.45m（护栏）+ 7.3m（行车道）；由于该桥建设年代久远，拱上结构已经出现不同程度病害，施工图纸等技术资料丢失，原设计荷载等级不详，近年随着地区经济的发展，交通量日益增加，加之矿区重车也改道由此通过，该桥存在较大安全隐患。
2 静载试验方案
2.1 静载试验原则
静载试验荷载使结构受力，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对结构造成新的损伤，同时荷载大小又应能使结构损伤特性得以暴露。按照试验规程[1]规定，选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。桥梁结构控制截面在试验荷载作用下的最大内力（或最大位移）计算值，与验算荷载（公路Ⅱ级）承载能力极限状态作用下的该控制截面理论内力值（位移值）的比值，为静载试验荷载效率ηq，一般：
考虑到本次检测评估的旧桥建成通车25年多，ηq的取值在0.95～1.05之间为宜，这样既可全面反映桥梁结构在验算荷载作用下的承载情况，又可尽量保证结构的安全性。本次试验采用表1所示两轴卡车四辆进行分级加载，分两种工况进行静荷载试验试验。
2.2 试验跨加载设计及测点布置
结合试验规范和该的实际情况，本次试验按两种工况进行静载荷试验，每个工况分级加载到位，加载前读取初始读数，每级加载满15分钟待变形稳定后读数，加载完毕后分级卸载。挠度值采用百分表测量，拱脚应变通过在拱肋底面粘贴电阻应变片，并采用静态电子应变仪量测。
2.2.1 加载工况
工况Ⅰ：跨中最大挠度加载；
（2）工况Ⅱ：拱脚最大负弯矩加载；
2.2.2 挠度测点布置
挠度变形测点纵向布置如图3所示，桥底共布置4个测点，测点布置在中横梁与各拱肋相交位置；挠度测试采用百分表通过吊钢丝进行测试。
2.2.3 应变测点布置
在西岸拱脚位置各拱肋底面布置1个应变测点，详见图4。
3 静载试验结果及分析
3.1 试验理论计算
运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行桥梁建模，以上游侧拱肋为重点控制对象，采用刚性横梁法计算荷载横向分布，对其在各种不同工况下进行静力分析。
3.2 结果及分析
3.2.1 挠度结果及分析
工况Ⅰ试验荷载作用下，各测点挠度实测值与挠度理论值对比见表2。
由表2实测变形数据可知挠度实测值整体较理论计算值更均匀，说明桥梁实际横向刚度高于理论横向刚度[2]，故应依据挠度实测值对理论计算横向分布系数进行修正，得到跨中挠度理论修正值，将拱肋的实测挠度弹性值与理论修正值比较，得到各拱肋挠度校验系数修正值，分析数据可知：1）修正前各拱肋挠度校验系数在0.90～1.52之间，除4号拱肋外其他拱肋效验系数均大于1，且偏差较大（最大值1.52），不利于承载力的评定；2）修正后各拱肋挠度校验系数在1.1～1.12之间，各拱肋效验系数均大于1，且数值大小均匀，指向性强；3）其中作为偏载工况控制构件的4号拱肋挠度校验系数修正前后分别为0.90（小于1，满足承载力要求）和1.10（大于1，不满足承载力要求），意味着两种截然不同的承载能力评定结果，即若不依据实测数据对横向刚度进行修正很可能对承载力作出误判。
3.2.2 应变结果及分析
理论分析采用运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行计算，实测值与理论计算值见表3。
同理对应变测试结果进行修正，数据表明：在各工况下，桥跨结构拱肋拱脚底面应变实测值均小于理论计算值，应变校验系数修正值最大为0.96，说明静荷载作用下桥梁结构强度基本满足要求，但安全储备较小。
4 结论
通过该双曲拱桥静载试验，可得如下结论：
（1）该桥横向刚度较好，拱肋强度基本满足规范要求，但安全储备较小；
（2）试验荷载作用下桥跨结构处于弹性工作状态，试验过程中未发现明显新增裂缝，但竖向刚度不足，建议对主拱圈进行加固；
（3）对于双曲拱桥应该测试实际横向分布系数，并对理论（或模拟）横向刚度进行修正，否则对采用静载试验评定的承载能力结果可能造成误判。
【参考文献】
[1] 《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）[S].
[2]王彬，李青宁.双曲拱桥承载能力试验检测评定[J].建筑结构，2010：678-682.
[责任编辑：薛俊歌]
【摘 要】依据最新行业推荐性标准相关条款规定，通过对该双曲拱桥进行理论计算和静载试验分析，直接评估其在公路Ⅱ级荷载作用下的承载性能，静载试验结果分析表明该桥实际横向刚度优于理论刚度，依据实测横向分布系数对效应理论值进行修正，校验系数表明横向刚度修正与否对该桥承载能力评定具有较大影响。
【关键词】静载试验；横向刚度；横向刚度修正；承载能力
1 工程概况
某40米双曲拱桥为某镇连接河流两岸的交通咽喉，1986年建成通车，主桥结构类型为2×40m（净跨径）钢筋混凝土双曲拱，主桥腹拱及引桥均为石板拱，腹拱墩立柱为砼砌块，底部落于钢筋混凝土横梁，桥梁总长137m；桥面总宽8.2m，布置形式为：2×0.45m（护栏）+ 7.3m（行车道）；由于该桥建设年代久远，拱上结构已经出现不同程度病害，施工图纸等技术资料丢失，原设计荷载等级不详，近年随着地区经济的发展，交通量日益增加，加之矿区重车也改道由此通过，该桥存在较大安全隐患。
2 静载试验方案
2.1 静载试验原则
静载试验荷载使结构受力，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对结构造成新的损伤，同时荷载大小又应能使结构损伤特性得以暴露。按照试验规程[1]规定，选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。桥梁结构控制截面在试验荷载作用下的最大内力（或最大位移）计算值，与验算荷载（公路Ⅱ级）承载能力极限状态作用下的该控制截面理论内力值（位移值）的比值，为静载试验荷载效率ηq，一般：
考虑到本次检测评估的旧桥建成通车25年多，ηq的取值在0.95～1.05之间为宜，这样既可全面反映桥梁结构在验算荷载作用下的承载情况，又可尽量保证结构的安全性。本次试验采用表1所示两轴卡车四辆进行分级加载，分两种工况进行静荷载试验试验。
2.2 试验跨加载设计及测点布置
结合试验规范和该的实际情况，本次试验按两种工况进行静载荷试验，每个工况分级加载到位，加载前读取初始读数，每级加载满15分钟待变形稳定后读数，加载完毕后分级卸载。挠度值采用百分表测量，拱脚应变通过在拱肋底面粘贴电阻应变片，并采用静态电子应变仪量测。
2.2.1 加载工况
工况Ⅰ：跨中最大挠度加载；
（2）工况Ⅱ：拱脚最大负弯矩加载；
2.2.2 挠度测点布置
挠度变形测点纵向布置如图3所示，桥底共布置4个测点，测点布置在中横梁与各拱肋相交位置；挠度测试采用百分表通过吊钢丝进行测试。
2.2.3 应变测点布置
在西岸拱脚位置各拱肋底面布置1个应变测点，详见图4。
3 静载试验结果及分析
3.1 试验理论计算
运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行桥梁建模，以上游侧拱肋为重点控制对象，采用刚性横梁法计算荷载横向分布，对其在各种不同工况下进行静力分析。
3.2 结果及分析
3.2.1 挠度结果及分析
工况Ⅰ试验荷载作用下，各测点挠度实测值与挠度理论值对比见表2。
由表2实测变形数据可知挠度实测值整体较理论计算值更均匀，说明桥梁实际横向刚度高于理论横向刚度[2]，故应依据挠度实测值对理论计算横向分布系数进行修正，得到跨中挠度理论修正值，将拱肋的实测挠度弹性值与理论修正值比较，得到各拱肋挠度校验系数修正值，分析数据可知：1）修正前各拱肋挠度校验系数在0.90～1.52之间，除4号拱肋外其他拱肋效验系数均大于1，且偏差较大（最大值1.52），不利于承载力的评定；2）修正后各拱肋挠度校验系数在1.1～1.12之间，各拱肋效验系数均大于1，且数值大小均匀，指向性强；3）其中作为偏载工况控制构件的4号拱肋挠度校验系数修正前后分别为0.90（小于1，满足承载力要求）和1.10（大于1，不满足承载力要求），意味着两种截然不同的承载能力评定结果，即若不依据实测数据对横向刚度进行修正很可能对承载力作出误判。
3.2.2 应变结果及分析
理论分析采用运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行计算，实测值与理论计算值见表3。
同理对应变测试结果进行修正，数据表明：在各工况下，桥跨结构拱肋拱脚底面应变实测值均小于理论计算值，应变校验系数修正值最大为0.96，说明静荷载作用下桥梁结构强度基本满足要求，但安全储备较小。
4 结论
通过该双曲拱桥静载试验，可得如下结论：
（1）该桥横向刚度较好，拱肋强度基本满足规范要求，但安全储备较小；
（2）试验荷载作用下桥跨结构处于弹性工作状态，试验过程中未发现明显新增裂缝，但竖向刚度不足，建议对主拱圈进行加固；
（3）对于双曲拱桥应该测试实际横向分布系数，并对理论（或模拟）横向刚度进行修正，否则对采用静载试验评定的承载能力结果可能造成误判。
【参考文献】
[1] 《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）[S].
[2]王彬，李青宁.双曲拱桥承载能力试验检测评定[J].建筑结构，2010：678-682.
[责任编辑：薛俊歌]
【摘 要】依据最新行业推荐性标准相关条款规定，通过对该双曲拱桥进行理论计算和静载试验分析，直接评估其在公路Ⅱ级荷载作用下的承载性能，静载试验结果分析表明该桥实际横向刚度优于理论刚度，依据实测横向分布系数对效应理论值进行修正，校验系数表明横向刚度修正与否对该桥承载能力评定具有较大影响。
【关键词】静载试验；横向刚度；横向刚度修正；承载能力
1 工程概况
某40米双曲拱桥为某镇连接河流两岸的交通咽喉，1986年建成通车，主桥结构类型为2×40m（净跨径）钢筋混凝土双曲拱，主桥腹拱及引桥均为石板拱，腹拱墩立柱为砼砌块，底部落于钢筋混凝土横梁，桥梁总长137m；桥面总宽8.2m，布置形式为：2×0.45m（护栏）+ 7.3m（行车道）；由于该桥建设年代久远，拱上结构已经出现不同程度病害，施工图纸等技术资料丢失，原设计荷载等级不详，近年随着地区经济的发展，交通量日益增加，加之矿区重车也改道由此通过，该桥存在较大安全隐患。
2 静载试验方案
2.1 静载试验原则
静载试验荷载使结构受力，但必须控制其反应不超过规定的容许值，即不会对结构造成新的损伤，同时荷载大小又应能使结构损伤特性得以暴露。按照试验规程[1]规定，选择受力最不利、施工质量相对不利、缺陷较多且施工记录不完备的桥跨结构进行加载试验。桥梁结构控制截面在试验荷载作用下的最大内力（或最大位移）计算值，与验算荷载（公路Ⅱ级）承载能力极限状态作用下的该控制截面理论内力值（位移值）的比值，为静载试验荷载效率ηq，一般：
考虑到本次检测评估的旧桥建成通车25年多，ηq的取值在0.95～1.05之间为宜，这样既可全面反映桥梁结构在验算荷载作用下的承载情况，又可尽量保证结构的安全性。本次试验采用表1所示两轴卡车四辆进行分级加载，分两种工况进行静荷载试验试验。
2.2 试验跨加载设计及测点布置
结合试验规范和该的实际情况，本次试验按两种工况进行静载荷试验，每个工况分级加载到位，加载前读取初始读数，每级加载满15分钟待变形稳定后读数，加载完毕后分级卸载。挠度值采用百分表测量，拱脚应变通过在拱肋底面粘贴电阻应变片，并采用静态电子应变仪量测。
2.2.1 加载工况
工况Ⅰ：跨中最大挠度加载；
（2）工况Ⅱ：拱脚最大负弯矩加载；
2.2.2 挠度测点布置
挠度变形测点纵向布置如图3所示，桥底共布置4个测点，测点布置在中横梁与各拱肋相交位置；挠度测试采用百分表通过吊钢丝进行测试。
2.2.3 应变测点布置
在西岸拱脚位置各拱肋底面布置1个应变测点，详见图4。
3 静载试验结果及分析
3.1 试验理论计算
运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行桥梁建模，以上游侧拱肋为重点控制对象，采用刚性横梁法计算荷载横向分布，对其在各种不同工况下进行静力分析。
3.2 结果及分析
3.2.1 挠度结果及分析
工况Ⅰ试验荷载作用下，各测点挠度实测值与挠度理论值对比见表2。
由表2实测变形数据可知挠度实测值整体较理论计算值更均匀，说明桥梁实际横向刚度高于理论横向刚度[2]，故应依据挠度实测值对理论计算横向分布系数进行修正，得到跨中挠度理论修正值，将拱肋的实测挠度弹性值与理论修正值比较，得到各拱肋挠度校验系数修正值，分析数据可知：1）修正前各拱肋挠度校验系数在0.90～1.52之间，除4号拱肋外其他拱肋效验系数均大于1，且偏差较大（最大值1.52），不利于承载力的评定；2）修正后各拱肋挠度校验系数在1.1～1.12之间，各拱肋效验系数均大于1，且数值大小均匀，指向性强；3）其中作为偏载工况控制构件的4号拱肋挠度校验系数修正前后分别为0.90（小于1，满足承载力要求）和1.10（大于1，不满足承载力要求），意味着两种截然不同的承载能力评定结果，即若不依据实测数据对横向刚度进行修正很可能对承载力作出误判。
3.2.2 应变结果及分析
理论分析采用运用桥梁结构分析程序DOCTORBRIDGE3.03软件进行计算，实测值与理论计算值见表3。
同理对应变测试结果进行修正，数据表明：在各工况下，桥跨结构拱肋拱脚底面应变实测值均小于理论计算值，应变校验系数修正值最大为0.96，说明静荷载作用下桥梁结构强度基本满足要求，但安全储备较小。
4 结论
通过该双曲拱桥静载试验，可得如下结论：
（1）该桥横向刚度较好，拱肋强度基本满足规范要求，但安全储备较小；
（2）试验荷载作用下桥跨结构处于弹性工作状态，试验过程中未发现明显新增裂缝，但竖向刚度不足，建议对主拱圈进行加固；
（3）对于双曲拱桥应该测试实际横向分布系数，并对理论（或模拟）横向刚度进行修正，否则对采用静载试验评定的承载能力结果可能造成误判。
【参考文献】
[1] 《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）[S].
[2]王彬，李青宁.双曲拱桥承载能力试验检测评定[J].建筑结构，2010：678-682.
[责任编辑：薛俊歌]
