某双曲拱桥静力荷载试验方法研究

2016-08-10陈财焕福建交通科学技术研究所福建省公路水运工程重点实验室福州35004

福建交通科技 2016年3期

关键词：拱圈校验挠度

■陈财焕（1.福建交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点实验室，福州35004）

某双曲拱桥静力荷载试验方法研究

■陈财焕1，2
（1.福建交通科学技术研究所；2.福建省公路、水运工程重点实验室，福州35004）

本文根据双曲拱桥结构受力特点，阐明了积善桥静载试验测试内容和试验测点布置方法，分析了静载试验挠度和应变变化情况，通过对检测数据的整理与分析，评定该桥承载能力是否满足设计荷载要求，为同类桥型的静载试验提供思路。

静载试验测点布置挠度应变试验方法

1工程概况

积善桥（图1）位于三明市将乐县，是县道X752洋新线的一座三级公路桥，于2006年03月加固改造后通车。桥梁全长148m，桥面宽为7.0m（车行道）+2×0.5m（栏杆）。上部结构为4×30m空腹式等截面悬链线混凝土双曲拱桥，拱轴线系数为m=4.324。主拱圈由拱肋、拱波及拱板等组成，拱肋采用矩形截面，拱板为填平式。主拱圈净矢跨比为1/8，主拱圈全宽为7.8m，主拱圈全高0.85m。每片拱肋底宽为0.30m。拱波采用圆弧拱，净跨径为0.95m，厚0.06m，净矢跨比为1/3。拱上建筑由石砌横墙和石砌腹拱圈组成。腹拱圈为半圆弧拱，跨径为1.50m，厚0.30m。桥面铺装采用水泥混凝土路面。桥墩采用重力式桥墩。桥台采用浆砌块石U型桥台。设计荷载为汽-20级、挂-100。

图1　积善桥全景图

2典型病害及成因分析

根据外观检测结果，积善桥主要病害有以下几种：

（1）拱肋侧面多处出现竖向裂缝，部分延伸至拱肋底面；多处拱波出现纵向裂缝；多处横系梁出现竖向裂缝。主要因为外荷载长期超载作用等原因所致。

（2）拱波出现多处纵向渗水流白灰。主要原因为桥面铺装层防水层老化破损、桥面排水不良等原因所引起。

（3）拱肋多处露筋。主要原因为保护层厚度不足等原因所引起。

3静载试验

3.1试验工况及测点布置

根据现场检测条件、桥跨结构受力特点和外观检测结果，挑选外观最不利跨第1跨和第2跨进行荷载试验，各种试验工况具体如表1所示。

表1　试验测试内容

积善桥主要控制截面的挠度测点如图2所示，应变测点如图3所示。选取第1跨1-7#拱肋底部（1-7-6#横系梁处）9条横向裂缝延伸至拱肋两侧，最大缝宽0.18mm，进行裂缝观测。3.2静载试验结果

图2　积善桥各控制截面挠度测点布置图（单位：cm）

图3　积善桥各控制截面应变测点布置图（单位：cm）

（1）荷载试验效率

本次试验根据该桥维修工程施工图纸和现场实测资料，应用有限元软件进行建模计算，桥梁模型如图4所示。以汽-20级、挂-100活载产生的该试验项目的最不利效应值等效换算，确定所需的试验荷载。由表2可知，该桥的静载试验荷载效率满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011，简称规程）静力荷载效率规定要求。

表2　静载试验荷载效率计算一览表

图4　积善桥计算模型

（2）试验车辆

本次试验采用2辆重约35t的车辆进行等效加载，加载车辆轴重如表3所示。

表3　试验加载车辆轴重表

（3）挠度测试结果与分析

在试验加载工况作用下，积善桥第1跨和第2跨主拱圈截面挠度校验系数见表4。

从表4可以看出，第1跨主拱圈拱顶截面挠度校验系数为0.59～1.01，相对残余挠度最大值为9.3%；第2跨主拱圈拱顶截面挠度校验系数为0.60～1.02，相对残余挠度最大值为10.3%，部分校验系数大于《规程》规定值1.0，相对残余挠度均小于《规程》规定值20%。

积善桥的实测挠度较计算理论挠度偏大，表明积善桥结构受损较严重，承载能力不足。相关部门应及时制定应急方案，不仅要对积善桥通行车辆吨位限载，还应制定该桥的加固改造措施。

（4）应变测试结果与分析

在试验加载工况作用下，积善桥第1跨和第2跨的拱顶截面的应变实测值及其与理论计算值的比较如表5所示，积善桥第1跨跨中截面应变校验系数为0.98～1.18，相对残余应变最大值为4.8%；第2跨跨中截面应变校验系数为0.70～1.13，相对残余应变最大值为6.1%。各截面应变校检系数部分大于《规程》规定值1.0，相对残余应变均小于《规程》规定值20%。

因应变片粘贴在构件表面，则积善桥应变测试结果和挠度测试结果是相对应的。从分析结构可知，各拱肋应变实测值和挠度实测值变化趋势基本相同，表明应变值和挠度值均可反应桥梁承载能力受损情况。

表4　各控制截面挠度实测值及其与理论计算值比较表

表5　第1跨和第2跨跨中截面应变分析表

（5）拱脚截面加载观测结果

在工况5、工况6、工况11和工况12加载车辆作用下，0#台和1#墩主拱圈拱脚截面处侧面未发现明显的错位和开裂现象。

（6）裂缝观测结果

各试验工况作用下相应控制截面未见新裂缝产生。积善桥第1跨选取计算的裂缝位置为：第1跨1-7#拱肋（1-7-6#横系梁处）底部有9条横向裂缝延伸至拱肋两侧，最大缝宽0.18mm。在荷载试验时，裂缝位置处粘贴的胶基应变片（L=100mm）测得的弹性应变和残余应变分别为ε1=67με和Sp1=3με，则该计算裂缝宽度增量为ω1=ε1/ （100L）=67/10000mm=0.007mm，卸载后裂缝基本恢复到初始宽度。

综上分析可知，因积善桥挠度和应变校验系均有超过规范规定的限制，则该桥目前的承载能力不能满足设计荷载要求。为保证桥梁结构的耐久性和安全运营，建议该桥限载通行并降低荷载等级使用。鉴于该桥承载能力不能满足设计荷载等级要求，建议对主体结构进行维修，以满足正常使用要求，维修期间应加强主体结构的观测和养护。