宝兴混凝土拱桥荷载试验研究

王 双 胜

(四川川交道桥勘测设计有限公司，四川 成都 610000)



宝兴混凝土拱桥荷载试验研究

王 双 胜

(四川川交道桥勘测设计有限公司，四川 成都 610000)

通过对宝兴混凝土拱桥荷载试验，分析了桥跨结构在试验荷载下的受力情况，实验结果表明，在原设计荷载作用下，主拱圈承载力和整体刚度满足要求，腹拱圈承载力和整体刚度不满足要求；对公路—Ⅱ级设计荷载的结构验算表明，主拱圈拱脚截面的原始强度和修正强度验算均不满足要求，需要对桥梁结构进行加固以满足规范要求。

拱桥，荷载试验，主拱圈，腹拱圈

1 工程概况

宝兴混凝土拱桥桥型为单跨空腹式石拱桥，重力式墩台和扩大基础。本次检测根据现场实测或采样的数据尽可能恢复了部分桥梁资料。五龙桥的主要技术指标为：桥梁全长：75.8 m；桥面宽度：1.25 m(人行道)+7 m(行车道)+1.25 m(人行道)=10.5 m；原设计荷载：汽—13，拖—60；主拱净跨径：50 m；腹拱净跨径：3.5 m；主拱圈宽度：6.8 m；主拱圈砌体厚度：1 m；腹拱圈砌体厚度：0.3 m。

2 原设计(汽—13,拖—60)加载方案

采用通用有限元软件Midas Civil建立桥梁结构三维有限元模型。

2.1 加载方案

本次静载试验需用275 kN汽车(车重+荷重)2辆。本次试验中对原设计荷载的加载效率采用弯矩效率控制，在L/2，L/4跨拱圈最大正弯矩的加载效率分别为101.6%，96.9%，在拱脚最大负弯矩处加载效率为97.2%。根据《公路桥梁承载能力评定规程》(报批稿)，加载实验有效。

2.2 加载工况

与测试内容对应，共分为8种试验工况，分别为：

工况1/工况2：纵桥向按主拱圈L/2截面最大正弯矩和挠度最不利位置布载(中载)/(偏载)；

工况3/工况4：纵桥向按主拱圈L/4截面最大正弯矩和挠度最不利位置布载(中载)/(偏载)；

工况5/工况6：纵桥向按主拱圈拱角截面最大负弯矩最不利位置布载(中载)/(偏载)；

工况7/工况8：纵桥向按腹拱圈L/2截面最大正弯矩最不利位置布载(中载)/(偏载)。

2.3 荷载实验结果分析

1)主拱圈荷载实验结果分析。

a.工况1～工况6试验荷载作用下主拱圈各测点的应变实测值均小于计算值。其中，结构在工况2作用下，主拱圈L/2截面应变校验系数平均值最大，为75.7%；结构在工况5作用下，主拱圈拱角截面应变校验系数平均值最小，为61.4%。

b.工况1～工况6试验荷载作用下主拱圈各测点的挠度实测值均小于计算值。

c.工况1～工况6试验荷载作用下主拱圈未出现明显的残余变形，说明在试验荷载作用下，主拱圈基本处于弹性工作状态。

2)腹拱圈荷载实验结果分析。

a.腹拱圈在工况7作用下，腹拱圈L/2截面应变校验系数最大值达116.4%，应变校验系数平均为90.9%，结构在工况8作用下，腹拱圈L/2截面应变校验系数最大值达130.1%，腹拱圈L/2截面应变校验系数平均为93.8%。这表明腹拱圈的工作状态差。

b.工况7，工况8试验荷载作用下腹拱圈出现了较明显的残余应变，说明在试验荷载作用下，腹拱圈已超出弹性工作状态，分析其主要原因是腹拱圈已有的砌缝开裂缺陷所致。

c.工况7，工况8的腹拱圈刚度和强度在试验荷载作用下，已超出弹性工作状态。

3 现行荷载结构验算

目前，宝兴县五龙桥所在道路等级为县道，因此参照JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范拟定该县道为三级公路，从而拟定目前通行荷载等级为公路—Ⅱ级。因此采用设计荷载为公路—Ⅱ级对宝兴县五龙桥进行结构验算，人群荷载：3.0 kN/m2。

结合主拱圈和腹拱圈混凝土预制块砌体抗压强度实测值，主拱圈拟采用M10砂浆砌筑C30预制混凝土块砌体，抗压强度设计值为5.06 MPa，弯曲抗拉强度设计值为0.086 MPa，弹性模量为8 602 MPa；腹拱圈采用M7.5砂浆砌筑C25预制混凝土块砌体为4.14 MPa，弯曲抗拉强度设计值 0.074 MPa，弹性模量为6 624 MPa。立柱采用M5砂浆砌筑M40号粗料石。

4 有限元计算结果

通过有限元分析软件Midas Civil分别计算了各荷载作用下结构内力。恒载+汽车：最大轴力2.33E+04，修正抗力2.05E+04，强度系数0.88。恒载+汽车+整体升温20 ℃：最大轴力2.33E+04，修正抗力1.92E+04，强度系数0.82。恒载+汽车+整体降温20 ℃：最大轴力2.32E+04，修正抗力2.06E+04，强度系数0.89。主拱圈拱脚截面原始强度验算和修正强度验算均不满足要求。对于正常试用阶段验算主拱圈的挠度为0.050 1 m，规范限定值0.050 6 m，由此可见，结构正常使用极限状态验算满足要求，但安全储备很小。

5 结语

1)在原设计荷载(汽—13,拖—60)作用下，试验时主拱圈承载力和整体刚度满足要求，腹拱圈承载力和整体刚度不满足要求；试验时主拱圈冲击系数较大，腹拱圈的冲击系数大，桥梁结构行车性能较差。

2)通行公路—Ⅱ级设计荷载的结构验算表明，主拱圈拱脚截面的原始强度和修正强度验算均不满足要求。

3)五龙桥承载能力已经不能满足现行荷载使用要求，应立即进行交通管制；该桥应按照现行设计荷载等级及对结构进行相应的加固提高荷载等级。

[1] 吴浪辉,马保松,杨永贵.武汉白沙洲高架桥静动载试验研究[J].铁道建筑，2009(12):56-63.

[2] 高怀志,王君杰.桥梁检测和状态评估研究与应用[J].世界地震工程，2000(2):34-42.

[3] 禹智涛,韩大建.既有桥梁可靠性的综合评估方法[J].中南公路工程，2003(3)：235-237.

[4] 张宝东.庆虹桥梁检测评估的技术研究[D].沈阳：辽宁工程技术大学，2005.

[5] 龚晓进.石拱桥病害分析及维修加固方法研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[6] 韩 静.某双曲拱桥力学性能分析、验算与加固设计[J].湖南工业大学学报，2007(3)：190-191.

[7] 施 洲,赵人达.双曲拱桥性能的综合评定及加固方法[J].公路，2005(9):45-51.

Study on load test of Baoxing concrete arch bridge

Wang Shuangsheng

(SichuanTrafficBridgeSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd,Chengdu610000,China)

Through carrying out load test of Baoxing concrete arch bridge, the paper analyzes bridge-span structure stress conditions under experimental load condition. The experimental results show that: under the action of original load, the main arch ring bearing capacity and integral rigidity meet demands, however, spandrel arch ring bearing capacity and integral rigidity don’t meet demands, the structural examination results of design load of highway grade Ⅱ show that: the original major arch ring section strength and modified strength don’t meet demands, which needs to make the bridge structure reinforcement so as to meet demands.

arch bridge, load test, main arch ring, spandrel arch ring

1009-6825(2016)10-0155-02

2016-01-27

王双胜(1980- )，男，硕士，工程师

U448.22

A