基于静载试验的空腹式双曲拱桥承载能力研究

谭　明

(上海同丰工程咨询有限公司，上海 200444)

基于静载试验的空腹式双曲拱桥承载能力研究

谭明

(上海同丰工程咨询有限公司，上海 200444)

摘要：以一座三跨空腹式双曲拱桥为例，介绍了双曲拱桥的构造及受力特点，并对桥梁空间结构简化为平面杆系结构进行承载能力理论分析。通过静载试验，把理论值和实测值进行对比，验证了单片拱肋模型计算结构受力是比较安全的，为双曲拱桥承载能力评定提供了更多依据。

关键词：双曲拱桥；承载能力；静载试验

1引言

上世纪六十年代，创建和发展了一种新型拱桥——双曲拱桥。这种桥型用钢量不多，施工周期短，结构轻巧美观，跨径适应性大，满足当时交通运输需求，得到了广泛的推广[1]。但早期修建的双曲拱桥已不能满足现代交通量增加及荷载等级的提高，因此，判定在役双曲拱桥的实际承载能力已成为确保其安全运管的重要措施。

2双曲拱桥基本组成及主要特点

双曲拱桥一般由主拱圈及拱上建筑所构成。主拱圈是主要受力构件，桥面荷载通过它传递给下部结构墩台及基础。由于主拱圈为曲线，车辆无法平稳行驶，因此在主拱圈与桥面之间需要设有传递荷载的构件或填充物。主拱圈与桥面之间的构件或填充物即为拱上建筑。

双曲拱桥主拱圈横截面一般由多榀拱肋组成，拱肋之间设有拱波和横梁，增强拱肋间的横向联系。主拱圈在桥梁横向和纵向均呈弧线状。拱上建筑按照其结构形式和填充物不同，可分为实腹式和空腹式两种，其主要作用是用来构成平缓的桥面和传递荷载。

双曲拱桥为超静定的空间结构[2]，当活载作用在桥面上时，拱上建筑和主拱圈共同承受荷载，这种共同参与结构受力通常是对桥梁受力较为有利的。对于修建年代较为久远的双曲拱桥，不考虑主拱圈与拱上建筑的共同作用是偏安全的。

3工程实例

3.1工程概况

背景桥梁是桂林市一座三跨空腹式双曲拱桥，该桥修建于1966年，设计荷载为汽车-10级。桥梁全长76.7m，跨径组合为20.85m+21.7m+20.85m。桥面总宽为5.9m，桥宽布置为：0.3m栏杆基座+5.3m车行道+0.3m栏杆基座。

上部结构主拱圈每跨设有6榀拱肋，拱肋上方架设预制微弯板，微弯板上方整体浇筑混凝土形成拱板，相邻拱肋间设有9道横系梁。下部结构采用重力式墩台，基础均为扩大基础。

3.2承载能力检算

承载能力理论计算：采用midas civil桥梁计算软件建立单片拱肋进行分析。检算主要针对上部结构拱肋进行，检算内容为承载能力极限状态下拱顶截面、L/4截面和拱脚截面的受压强度验算。

采用简化计算法来计算双曲拱桥荷载横向分布系数[4]，选取荷载横向分布系数最大的拱肋进行承载能力检算，各检算截面荷载效应最不利组合值及截面承载能力检算结果见表1。

表1　拱肋控制截面检算结果

注：轴力“+”表示受拉，“-”表示受压；弯矩“+”表示截面下缘受拉，“-”表示截面上缘受拉。

通过以上检算结果，可以得到如下结论：目前该桥拱肋能够满足汽车-10级荷载的安全承载要求。

3.3桥梁静载试验

3.3.1测试断面及测点布置

试验选取第1跨作为试验跨，并按照规范[5]选取3个应变测试断面和2个挠度测试断面，断面位置及测点布置示意图见图1-图2。

图1　测试断面位置布置图(单位：mm)

图2　应变、挠度测点布置示意图

3.3.2荷载及效率系数

采用1辆重约23t两轴载重货车作为试验荷载的加载车辆，测试断面静载试验效率系数，见表2。

表2　试验效率系数

3.3.3试验成果及分析

(1)荷载横向分布系数

拱肋挠度实测值及横向分布系数实测曲线与理论计算曲线对比分别见表3及图3。

表3　拱肋挠度实测值及横向分布系数

图3　实测横向分布系数与理论横向分布曲线对比

(2)结构荷载效应校验系数

试验荷载下各断面测点应变实测值、理论值及校验系数见表4，挠度实测值、理论值及校验系数见表5。

表4　测点应变实测值、理论值和校验系数

表5　测点挠度实测值、理论值和校验系数

(3)刚度检验

在试验荷载作用下，拱顶断面挠度最大值为0.44mm，L/4拱肋断面正负挠度绝对值之和最大值为0.27mm，推算至汽车-10级荷载下，拱肋拱顶断面最大挠度值为0.32mm，L/4拱肋断面正负挠度绝对值之和最大值为0.22mm，均小于拱桥挠度允许值，表明在汽车-10级荷载作用下，竖向刚度满足规范要求。

(4)静载试验结论

(a)在试验荷载作用下，实测荷载横向分布系数最大值较理论值小，且实测横向分布系数较理论值均匀，说明实际横向联系状况较好。

(b)各控制断面主要测点应变及挠度校验系数均小于1，满足规范要求。

(c)推算至汽车-10级荷载下，拱肋拱顶断面最大挠度值为0.32mm，L/4拱肋断面正负挠度绝对值之和最大值为0.22mm，竖向刚度满足规范要求。

4结语

(1)双曲拱桥在承载能力计算上引入荷载横向分布系数，把空间结构转为平面杆系结构来进行受力分析是合理的、安全的。

(2)旧桥承载能力的确定应基于结构检查、检测结果，并对结构进行承载能力分析。若桥梁设计、竣工资料不全，理论计算不能完全模拟桥梁实际状况，应采取荷载试验对桥梁进行承载能力评定。

(3)对于修建年代较为久远且设计资料缺失的双曲拱桥进行承载能力判定时，桥梁荷载试验是最合适的方法。

参考文献

[1]交通部科学研究院,等.公路双曲拱桥-上部构造设计计算[M].北京:人民交通出版社,1980.

[2]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]CJJ 99-2003 城市桥梁养护技术规范[J].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[4]李国豪.公路桥梁荷载横向分布计算[M].北京:人民交通出版社,1987.

[5]JTG/T J21-2011 公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京:人民交通出版社.

Study on Carrying Capacity of Double Arch Bridge based on Static Load Test

Tan Ming

(Tongfeng of Engineering Consulting Co.,Ltd.Shanghai 200444,China)

Abstract：Taking a three-span double arch bridge as an example,the structure and stress characteristics of double arch bridge are introduced in the paper.The spatial structure of the bridge is simplified to plane truss structure,and the carrying capacity of the bridge is analyzed in theory.The theoretical values and the measured values of the static load test are compared,and the test results show that the stress of single arch rib structure is relatively safe,which provides more references for evaluating the carrying capacity of double arch bridge.

Keywords:double arch bridge;carrying capacity;static load test

[收稿日期]2016-02-21

[作者简介]谭明(1989—)，男，湖北荆州人，工学学士，从事桥梁检测工作。

中图分类号：U441+.2

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.011