在役钢筋混凝土肋拱桥荷载试验研究

李 恒 苏 鹏 魏景和 阳 浩

(广东纵横工程检测有限公司，广东 佛山 528000)

1 概述

钢筋混凝土拱桥具有造型美观、节省材料等优点，在桥梁工程特别是公路桥梁工程中得到较为广泛的应用[1]。自20世纪70年代以来我国修建了大量的钢筋混凝土肋拱桥，然而该桥型存在肋拱间横向联系偏弱、刚度偏小等缺陷，导致肋拱桥整体受力性能较差，其正常使用性能和超载能力较一般拱桥差。另一方面，现役钢筋混凝土拱桥普遍由于修筑时间较早，设计标准等级偏低，加之现有交通量迅速增加，车辆超载等问题[2]，随着使用年限的增长逐渐出现不同程度的损伤病害，桥梁承载能力和耐久性能难以适应现有交通环境，严重制约了我国公路等级改造提升。因此掌握钢筋混凝土肋拱桥目前的承载能力状况并对其进行合理评估，对现有桥梁的安全运营及管理养护具有重要工程意义[3]。

2 工程概况

七星工业园闸边桥修建于20世纪90年代，位于佛山市南海区。桥梁全长22.4 m，跨径组合为1×21.70 m，上部结构为钢筋混凝土无铰拱桥，横桥向由8片拱肋构成，桥梁矢跨比约为1/7，桥宽15.2 m，肋间中心距1.9 m，拱肋截面为0.25 m×0.4 m。荷载设计等级为汽车—15级，挂—80。桥梁实景见图1，图2。

3 静载试验

桥梁可以静载试验主要测试试验桥跨结构的控制截面在最不利荷载作用下的应变、位移和裂缝，通过实测值与有限元软件分析的理论值进行对比，分析判断桥梁受力状态。

通过有限元软件计算得出桥梁设计弯矩和试验弯矩，分析模型见图3。考虑到现场组织标准车队困难，采用弯矩等效原则，采用2台总重27.6 t的三轴汽车加载，每个工况分四级加载，控制截面如图4所示。根据测试桥梁结构的内力包络图，并考虑应力分布，按照最不利受力原则选定测试截面，然后拟定相应的试验工况，本次工况Ⅰ～Ⅱ测试截面设计、试验弯矩和试验荷载效率如表1所示，表中的数据表明试验荷载效率ηq取值范围为0.95～1.05，满足检测规范[4]要求。工况Ⅰ在拱顶截面横桥向沿拱肋底面布置8个挠度测点，每片拱肋底面各布置1个应变测点，工况Ⅱ在拱脚截面位置，拱肋顶面分别各布置1个测点。

表1 试验弯矩和试验荷载效率

3.1 静载试验结果

本次静载试验在最大级荷载作用下各截面实测位移(应变)弹性值与理论值比较图如图5～图8所示，挠度与应变校验系数和残余变形评定汇总表如表2，表3所示。

表2 挠度与应变校验系数汇总表

表3 残余变形评定汇总表

3.2 静载试验分析

1)由图5～图8可知，最不利荷载作用下各肋板实测位移(应变)弹性值与理论计算值变化趋势基本一致，由表2和表3可知实测弹性位移(应变)值小于理论计算值且校验系数小于1，残余变形相对值小于0.02，说明桥梁结构强度和刚度均满足规范[4]和设计荷载汽车—15级的正常使用要求。2)实测挠跨比为2.6×10-3/21.7=1.20×10-4，小于设计规范[5]允许的1/600=1.67×10-3，结构刚度满足规范要求。3)由图8可知，在偏载作用下，7根肋的实测横向分布系数总体变化趋势和理论计算值基本一致，实测横向分布系数小于理论计算值说明横系梁连接性能大于理论值。

4 动载试验

动载试验主要用于综合了解结构自身的动力特性以及结构抵抗受迫振动和突发荷载作用的能力，以判断结构的实际工作状态，同时也为使用阶段结构评估积累原始数据[4]。

4.1 动载试验结果

本次动载试验主要提取了桥梁结构在环境荷载和行车试验荷载下各参数实验结果，具体结果见表4，表5。

表4 自振特性测试结果

表5 跑车作用下的实测数据

4.2 动载试验分析

1)由表4可知，试验桥跨实测自振频率均大于理论计算值，说明结构实际刚度大于理论值；2)由表5可知，冲击系数小于理论冲击系数0.176 7ln15.62-0.015 7=0.47，随着跑车速度的提高，试验桥跨受迫振动速度和冲击系数有明显的提升；阻尼比和加速度与跑车速度没有明显的相关性。

5 结论

通过本次静动载试验、理论计算和计算评估可以得出以下结论：1)在最大级荷载作用下桥梁结构处于弹性工作状态，桥梁刚度和强度均能满足设计要求。2)结构整体刚度大于理论值，冲击系数小于理论值，桥跨结构动力性能良好。3)肋拱桥横向分布特征值直接影响拱肋受力状态，对桥梁整体受力至关重要，在设计和施工中应该加强横向连接，保持桥梁整体性能。