某上承式钢筋混凝土拱桥静载试验分析

王 鹏，董加柱

(机械工业第六设计研究院有限公司)

某上承式钢筋混凝土拱桥静载试验分析

王 鹏，董加柱

(机械工业第六设计研究院有限公司)

介绍了某大跨径上承式钢筋混凝土拱桥有限元分析软件Midas/Civil模型，分析了成桥静载试验实际试验值与理论计算值，探讨了两者不同的原因，总结出拱桥刚度和强度满足设计要求的结论。试验结果可为该桥的正常运营和养护、管理提供科学的依据，并可为同类型桥梁的设计和实验研究提供参考。

上承式;钢筋混凝土;拱桥;静载试验

拱桥是我国中小跨径桥梁的主要桥型，面广而量大，一直以来，随着高速公路的建设，拱桥的计算和施工方法已经比较成熟，然而，在使用过程中仍存在相当数量的桥梁由于老化的结构材料，结构构件的损伤等诸多因素导致结构承载力减弱的现象。日益增多的重荷载车辆，不断上长的交通流量是导致现有拱桥产生各类病害的主要原因之一。据了解，拱桥在国内桥梁总数中占60%左右的比重，仅国内西部就占到81%。所以，现有拱桥的承载能力评定便成为极其重要的工作，而静载试验法便是目前国内外认可度较高的评价拱桥承载能力的主要途径之一。

1 工程概况

该桥长为210 m，桥梁横断面为12.6 m。主桥为等截面悬链线上承式钢筋混凝土无铰拱桥，计算跨径120 m，计算矢高24 m，矢跨比为1/5，拱轴系数m=2.0。主拱圈采用等截面单箱三室截面，截面高度2.2 m，宽度8.6 m。拱上建筑采用梁柱式结构。拱顶附近采用12×5 m钢筋混凝土连续板。两拱脚附近采用跨径为(11+11+11)m的预应力混凝土连续空心板。设计荷载为公路－Ⅰ级，人群荷载3.5 kPa，电力电缆3 kN/m;支路，设计车速20 km/h。

2 试验内容及方法

2.1 建立仿真模型

上承式拱桥有着自身的受力特点，为了满足拱桥结构的特点兼顾设计荷载的要求，在试验前要对桥梁的设计荷载效应进行模拟，试验后对实际试验荷载效应进行分析。本次试验采用Midas/Civil对上述两种情况进行模拟分析。

2.2 试验荷载i

实际试验荷载由载重试验车辆及试验车队模拟，并且符合荷载等效原则，要求各个试验车辆产生的荷载均约为400 kN。为了满足试验车辆总重浮动在5%以内，轴重偏差浮动在10%以内的要求，现场所需加载的试验车辆应在试验前逐一编号、称重，轴距及轴重应详细记载。

2.3 试验要求及工况组成

静载试验主要测试在试验荷载(设计荷载)作用下结构的工作性能，包括整体工作性能、变形、应变等情况，并对可能或已经出现的裂缝进行观测。根据桥梁结构形式，计算确定在设计荷载作用下控制截面的最不利内力。根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求，桥梁的静力试验按荷载效率η来确定试验的最大荷载。静力荷载效率η的计算公式为:

式中:μ为静力荷载试验效率系数;Ss为静载试验荷载作用下检验项目的计算效应值;S为设计控制荷载作用下检验项目的最不利效应值;对于车辆荷载应计入冲击系数。

静载试验依据公路桥梁荷载试验规程的要求进行:大跨径拱桥需要对拱圈拱顶位置、拱脚位置、拱圈四分之一跨处位置、拱上建筑支点和跨中位置的应力及变形进行控制。依据汽车设计荷载在各控制位置产生的荷载效应，在相应位置的荷载效应影响线上实施试验加载并进行计算，令设计汽车荷载产生的效应与试验车荷载产生的效应之比满足规范静力试验荷载效应系数的要求。

各控制截面位置见图1，其中A－E是主拱圈控制截面，F、G为拱上建筑控制截面。应变测量采用埋入式振弦应变计，主拱圈断面传感器布置见图2。静载试验各个工况见表1。各个工况加载效率系数见表2。

图1 控制截面位置图

表1 静荷载试验工况和试验目的

2.3 静载试验结果分析

(1)拱顶测点挠度实测结果

在试验工况一、二、五的静试验荷载作用下，对拱顶的挠度进行现场观测记录。拱顶测点的挠度计算结果值和实测结果值的对比见表3。

表2 各工况加载效率系数

表3 试验工况下拱顶测点挠度的实测结果值和计算结果值对比表(挠度正值表示向下)

对表3数据进行分析，校验系数基本能够满足规范要求，各工况挠度计算结果值均大于实测结果值，由此证明该拱桥结构的实际刚度大于设计刚度，能满足设计荷载的要求，处于正常工作状态。

(2)应力测试结果

分别对主拱圈截面上、下表面的4个测点的应力实测值进行平均得到平均值，与计算值进行对比，见表4。

表4对应力实测结果平均值与模拟计算结果值进行比较，多数差别较小，由此推断桥梁的内力状态处在正常的工作范围，结构整体刚度较好，结构受力合理.但是也有相当一部分测试结果略大于计算结果，通过反复仿真模拟及综合考虑现场不确定因素，归结为以下几个可能影响的因素: (1)传感器的埋置位置偏离;(2)有限元分析对温度应力的考虑比较保守，与现场测试时的温度有差异;(3)影响试验结果因素多且无法准确把握，收缩、徐变对桥梁的受力影响只能采用桥梁有限元分析软件Midas/Civil进行仿真模拟.。

表4 主拱圈顶、底板应力实测结果和模拟结果

3 结论

本次试验按照规范要求进行，试验效率系数取值满足规范要求，主拱圈的刚度与强度都符合设计要求.结构处于良好的工作性能状态;结构构件在试验过程中未观察到明显的沉降，并且没有产生新的裂缝，正常使用状态满足设计要求.此次试验的结果将为该桥的正常运营和养护、管理提供科学的依据，并可为同类型桥梁的设计和实验研究提供参考。

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U446

C

1008－3383(2015)10－0104－02

2015－03－25

王鹏(1987－)，男，河南温县人，助理工程师，主要从事结构设计理论研究。