某提篮拱桥荷载试验研究

杨永伟

(中铁二十三局集团第六工程有限公司，重庆 401121)

1 概述

近年来，随着交通事业的发展，兴建了大量形式各异的桥梁[1]，下承式系杆拱桥以其优异的特点被广泛应用于现代桥梁中。通过荷载试验可以考证桥梁的施工质量和结构受力性能，判定桥梁结构的实际承载能力，确定桥梁的实际运营状况和使用条件，为竣工验收、投入运营使用提供科学的依据[2]。

2 工程概况

本文以新建的某拱桥为工程背景，其为主跨138 m的提篮拱桥，主拱拱肋采用变截面钢箱断面，内拱截面为平行四边形断面。主梁为钢箱梁，桥面为正交异性钢桥面板。主桥立面布置图见图1，钢箱梁标准断面图见图2。

有限元模拟采用Midas Civil建立桥梁空间静动力计算模型(见图3)，按照相关桥梁设计规范规定，考虑桥梁实际运营荷载情况，对桥梁设计规范中各项指标进行核算，计算结果为制定荷载试验详细方案提供参考依据。

3 静载试验

3.1 静载试验工况

桥梁静载试验是通过直接测量桥跨结构在静力试验荷载作用下的变形和应力来了解结构的实际性能(如结构的刚度、强度等)，根据设计荷载等级要求在桥面布置一定数量的加载车辆，然后测量结构关键截面的应力和变形，掌握桥梁结构的整体变形及受力规律，了解桥梁结构的实际受力状况和工作状态，评定其是否满足设计荷载等级的要求。

为检验实际结构受力状况，根据理论计算的内力包络图，确定该桥荷载试验项目的测试截面内容，此处选择了4个最不利 工况分析为满足控制截面内力(弯矩)等效原则进行布载，并使控制截面的试验荷载效率满足检测规程的要求。采用了12辆350 kN的载重汽车作为试验荷载，经过验算，各工况荷载效率均满足相应规范要(见表1)。

表1 荷载工况

3.2 应变测试

工况1～工况3依次选取拱角截面A、L/4截面B及拱顶截面C作为拱圈纵向变形测量，共16个点，测点布置如图4所示。在荷载工况1～3分别作用下，应变校验系数如图5所示。工况4测量主梁跨中截面应变，在工况4作用下钢箱主梁校验系数见图6。

在工况1～工况4作用下主要应变测点的实测应变值均小于其对应的理论计算值，应变校验系数在0.38～0.97之间，相对残余应变小于20%，校验系数满足规范的要求。

3.3 挠度测试

经过现场实测及计算，试验截面各挠度测点的实测挠度值均小于其对应的理论计算值，挠度校验系数在0.42～0.98之间，卸载后，各测点相对残余挠度均小于20%，表明受检桥跨刚度满足设计要求。

由于篇幅限制，只列出各工况下测点的最大挠度理论与实际对比图(见图7)。

3.4 索力测试

吊杆是系杆拱桥中重要的组成部分，吊杆索力的测量是桥梁检测维护中的重要环节。本次测试通过频率法测量此桥的吊杆索力，工况3作用下各索力增量测点的实测校验系数在0.61～0.85之间，相对残余应变小于20%。图8列出了此工况下的实测与计算索力增量对比图，经测试，实测索力增量均小于计算增量。

4 动载试验

4.1 自振频率测试

通过对自然激励响应测得数据模态辨识，得到结构的自振频率和阻尼比系数，结果如表2所示。

根据结果可知，竖向弯曲频率实测值均大于理论计算值，实测振型与计算振型基本一致，表明桥梁主体结构刚度满足设计要求。

表2 自振频率测试表

4.2 动载试验结果分析

无障行车：在桥面无任何障碍的情况下，用顺桥向一辆载重汽车按对称情形，分别以10 km/h,30 km/h和50 km/h的速度驶过桥跨结构，测定桥跨结构在行车车辆荷载作用下的动力响应。

有障行车—跳车试验：采用一辆载重汽车，测定桥跨结构在跳车荷载作用下的动应变等动力反应分别以10 km/h,30 km/h,50 km/h的速度通过设置在控制截面障碍物，通过后继续驶出桥跨结构，测得控制截面的测点竖向响应。无障行车和有障行车对应的冲击系数见表3。

表3 主梁冲击系数测试值

5 结语

1)不同加载工况作用下各测试截面位变、应变测点ζ校验系数均小于1.0。各工况卸载后控制截面的相对残余应变和相对残余挠度均小于20%，满足JTG/T J21—01—2015公路桥梁荷载试验规程的要求。测试结果与理论计算结果一致性较好，表明桥梁结构的整体受力特性和承载能力与设计计算结果基本一致。

2)该提篮拱桥无障碍行车试验和有障碍行车试验结果表明：桥梁测试截面跳车冲击系数比跑车冲击系数大，表明桥面铺装破损对桥跨结构的车桥动力放大效应较为明显。

综上所述，该提篮拱桥桥梁目前的承载能力、结构刚度、动态特性等各项主要技术性能指标满足设计和规范要求。由于动载试验结果表明被测桥梁在桥面铺装损坏情况下的冲击系数较大，建议在桥梁运营过程中应注意对桥面铺装的养护，避免铺装损坏造成的跳车效应加大对桥梁结构的冲击，确保桥梁使用寿命。