基于现场实测数据的大跨度钢筋混凝土拱桥承载能力评定

王　伟，曾　伟，戚　林，蔺　春

（1.重庆中检工程质量检测有限公司，重庆400025；2.重庆中设工程设计股份有限公司，重庆400025）



基于现场实测数据的大跨度钢筋混凝土拱桥承载能力评定

王伟1，2，曾伟1，戚林1，蔺春1

（1.重庆中检工程质量检测有限公司，重庆400025；2.重庆中设工程设计股份有限公司，重庆400025）

摘要：文中通过静力荷载试验采集现场实测数据对319国道重庆市境内某运营近10年的上承式钢筋混凝土拱桥承载能力进行了评定。现场静力实测数据分析结果表明，测试截面的实测挠度与混凝土应力值均小于计算值，各荷载工况卸载后残余值均较小，最大实测相对残余小于20%，处于弹性工作状态，结构刚度及强度均满足设计荷载要求，结构工作性能良好，有一定的安全储备，承载能力满足要求。

关键词：拱桥；钢筋混凝土；实测数据；静力荷载试验；承载能力；评定

随着我国西部大开发的进程发展，大量桥梁在我国西南、西北等山区兴建，但是受山区地形、地貌条件所限，使得拱桥在这些地区得到广泛应用。由于箱型拱桥在施工中刚度大、稳定性好，并且成桥后的箱形截面较其他形式截面的主拱圈抗弯、抗扭刚度更大，就使得成为设计者常选的桥型之一。然而，桥梁建成服役后随着时间推移，结构材料发生退化，环境与荷载作用发生变化，桥梁在使用工程中出现新的损伤等病害，导致结构耐久性降低，进而可能致使结构的承载力下降、影响桥梁的使用寿命，使桥梁正常营运存在安全隐患。为了保障桥梁的耐久性及使用中的安全性，并满足不断增长的汽车荷载，必须对在役桥梁的承载能力进行真实准确的评定［1-6］。

1 工程概况

319 国道重庆市境内某桥桥梁全长为164 m，全宽16.5 m，跨径组合为10 m（空心板）+ 140 m（钢筋混凝土箱型拱）+10 m（空心板）。主桥结构形式为上承式钢筋混凝土箱型拱，净跨140 m，净矢跨比为1/6。主拱圈由9片拱箱组成，拱圈高2.3 m，拱圈顶全宽13.6 m，拱轴系数为1.670 7。桥台直接坐落在拱座基础上，采用重力式U型台，基础为明挖扩大基础。该桥主拱圈和拱座及为C40混凝土；主拱基础、空心板、盖梁、立柱、台帽为C30混凝土。设计荷载等级为：汽车—超20级，挂车—120。桥梁于2006年3月竣工验收后投入使用，至今已运营逾10年。桥梁概貌图，见图1所示。

图1　桥梁概貌

2 现场静力数据实测

2.1 加载车载位布置

结合桥梁结构形式与前期外观检测以及内力包络图式，此次桥梁静载试验选取主拱圈拱脚、L/4、L/2等3个测试控制截面［7-8］，见图2所示。

以设计荷载作为加载控制，按照控制截面内力等效原则，采用9台加载车进行试验等效布载，以使控制截面的试验荷载效率满足规范要求。加载车纵桥向布置，见图3所示。

本次荷载试验所用试验荷载根据设计标准活荷载产生的该试验工况内力的最不利效应值进行等效换算而得，等效换算的原则为使所用的荷载试验效率ηq应满足［9］：1.05，按照图3所示的加载图进行布置后，各控制截面的各加载工况荷载试验效率ηq见表1所示。

（b）J1测试截面测点布置图2　试验跨控制截面及测点布置

从表1中可得出，各工况下荷载试验效率系数均在0.90～0.97之间，满足《试验方法》［9］中0.8～1.05的要求。

2.2 挠度实测数据分析

在各试验工况下，加载前、加载中和卸载后均对主梁挠度进行测量，限于篇幅仅列出部分加载工况下主要挠度测点实测值、理论值、残余值及校验系数，见表2。

图3　加载车纵桥向加载布置（单位：cm）

表1　各加载工况荷载试验效率

从表2中可得出，试验荷载作用下，各测试截面的实测挠度值均小于计算值，挠度校验系数为0.34～0.75，最大实测挠度增量为10.16 mm。各荷载工况卸载后，结构恢复正常，最大实测相对残余变形为10.7%，小于《试验方法》［9］中规定的20%，即桥梁结构刚度满足设计荷载等级要求。

2.3 应变实测数据分析

在J1、J2截面上下缘及J3截面的下缘各布置5个混凝土表面应变测点，并且在每个混凝土表面应变测点处同时布置钢筋应变测点，共计50个应变测点，其中混凝土表面应变测点与钢筋应变测点各25个。此处仅列出部分加载工况下各控制截面的测点的应力值，见表3所示。

表2　部分加载工况下主要挠度测点实测挠度

表3　部分加载工况下各应变测点实测平均应力

从表3中可得出，试验荷载作用下，截面实测混凝土应力小于计算值，应力校验系数为0.39～0.66，卸载后，各测点的实测的残余应变较小，均在±2以内。测试截面受力状态正常，结构强度满足设计荷载等级要求。

3 结论

通过静力荷载试验采集现场实测数据对319国道重庆市境内某运营近10年的上承式钢筋混凝土拱桥承载能力进行了评定，得出以下结论。

（1）各工况下荷载试验效率系数均在0.90～0.97之间，满足《试验方法》中0.8～1.05的要求。

（2）试验荷载作用下，各测试截面的实测挠度值均小于计算值，挠度校验系数为0.34～0.75，最大实测挠度增量为10.16 mm。各荷载工况卸载后，结构恢复正常，最大实测相对残余变形为10.7%，小于《试验方法》中规定的20%，即桥梁结构刚度满足设计荷载等级要求。

（3）试验荷载作用下，截面实测混凝土应力小于计算值，应力校验系数为0.39～0.66，卸载后，各测点的实测的残余应变较小，均在±2以内。测试截面受力状态正常，结构强度满足设计荷载等级要求。

（4）结构刚度及强度均满足设计荷载要求，结构工作性能良好，处于弹性工作状态，有一定的安全储备，承载能力满足要求。

参考文献：

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研究方向：桥梁结构检测及承载能力评定

中图分类号：U445.72

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-02-0041-05

收稿日期：2015-12-27

作者简介：王 伟（1988-），男，工程师，工程硕士

Bearing Capacity Evaluation of Large-span Reinforced Concrete Arch Bridge Based on the Measured Data

WANG Wei1，2，ZENG Wei1，QI Ling1，LIN Chun1
（1.Chongqing Zhongjian Construction Engineering Quality Testing Co.Ltd.，Chongqing 400025，China；2.Chongqing Zhongshe Engineering Design Co.Ltd.，Chongqing 400025，China）

Abstract:Static load tests were carried out to collect the measured data to evaluate the bearing capacity of reinforced concrete arch bridge on the 319 National Highway in Chongqing which has operated for nearly 10 years.The static measured data analysis showed that the measured deflection and stress value were both less than the calculated value，the residual value of each unloading case was small，and the maximum residue was less than 20%，the structure was in elastic state，the rigidity and strength could meet the expected load requirements，the structural performance was well with certain safety margin，and the bearing capacity met the requirements.

Key words:arch bridge；reinforced concrete；measured data；static load test；bearing capacity；evaluation