中承式双飞燕提篮拱桥荷载试验

方东辉 （安徽省路桥试验检测有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

某主桥采用30m+105m+30m中承式双飞燕提篮拱桥，桥面总宽35.0m。主桥上部结构为中承式钢—混凝土组合体系拱桥，拱肋系统由主拱肋、边拱肋、主拱肋之间的风撑及肋间横梁、边拱肋之间的端横梁及系杆组成；主桥中跨采用17道横梁（13道中横梁+2道边横梁+2道端横梁）+12道小纵梁型式，中跨端部处支撑在肋间横梁上，上部预制桥面板，主拱肋与中横梁通过吊杆进行连接，全桥共设有13对吊杆；主桥边跨采用简支叠合梁，一端支撑在肋间横梁处，另一端支撑在端横梁处，钢梁采用半箱形，钢梁上现浇钢筋混凝土桥面板。两端横梁之间设置系杆以平衡拱桥水平推力。

对主桥进行静载试验，检测上部结构拱圈、主梁在试验荷载作用下的应变（应力）和挠度，据此评价桥梁的受力性能是否满足设计要求；对主桥进行跑车试验，测试结构在汽车动荷载作用下的动力响应，评价结构在动荷载作用下的工作状况；对主桥进行自振特性测试，测定桥梁的振动频率、振型、阻尼比，评价桥梁结构在环境激励下的工作性能；通过以上检测及静、动载试验，评价桥梁现状是否满足设计要求，为质量监督部门验收提供依据。

2 静载试验

2.1 测试断面及测点布置

此次共选取主桥10个测试断面进行试验，测试断面描述及测试项目见表1，断面位置示意见图1。

图1 静载试验测点布置（单位m）

主桥测试断面及测试项目 表1

主跨拱肋应变、挠度测点布置：拱肋应变测试采用钢弦应变计，挠度测试采用棱镜，分别布置于拱顶截面（1-1（1’-1’））、1/4L 跨径截面（2-2（2’-2’））、3/4L跨径截面（4-4（4’-4’））、西端拱脚截面（3-3（3’-3’））拱截面上、下缘。

主跨纵、横梁应变、挠度测点布置：主跨纵、横框架梁5-5、7-7测试断面布置应变测点5-5和8-8测试断面布置挠度测点。

边跨主梁应变、挠度测点布置：边跨应变测试亦采用钢弦应变计，应变和挠度测点布置在边跨主梁底面1/2L跨径断面（10-10）处。

主梁纵向挠度测点布置：本次在主跨上部结构主梁梁底八等分布设竖向挠度测点，以对主梁在荷载作用下的纵向挠度变形进行测试，现场在跨中拱顶最大正弯矩工况及1/4L最大正弯矩工况最终一级加载完毕后测量测点的变形量，以推算主梁的在荷载作用下的纵向线形。主梁竖向挠度测点主要采用在10#纵梁梁底布设棱镜的方法进行测试。

2.2 效率系数

该桥设计荷载等级为城-B级，按三车道设计，人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）取用，理论计算采用MidasCvil2017桥梁有限元计算软件建立空间整体模型进行计算分析，计算模型见图2。

图2 Midas计算模型

本次静载试验荷载拟采用6辆每辆总重380kN的三轴载重货车，本试验时主跨以南侧拱肋作为控制构件，边跨以上部结构钢-混叠合梁纵梁作为控制构件，全桥各测试断面静载试验效率见表2。

全桥各控制断面静载试验效率系数 表2

由上表可知，本次静载试验效率在0.90～1.05之间，满足《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233-2015）规定的在进行验收性荷载试验时，桥梁静载试验效率系数介于0.85～1.05之间的要求。

2.3 静载试验结果

2.3.1 荷载效应校验系数

①拱肋应变实测值及校验系数：主跨拱肋1-1、2-2测试断面钢拱肋上各应变测点应变校验系数在0.25～0.93之间，3-3测试断面混凝土拱脚上测点应变校验系数在0.45～0.96之间。

②主跨纵横梁应变、边跨箱梁应变实测值及校验系数：主跨5-5、7-7测试断面钢框架梁上各应变测点应变校验系数在0.19～0.87之间，西边跨半钢箱梁10-10断面上各应变测点应变校验系数在0.56～0.93之间。

③主跨拱肋挠度、位移实测值及校验系数：主跨南、北拱肋测试断面各测点竖向挠度校验系数在0.59～0.99之间，横向位移校验系数在0.44～0.83之间。

④主跨纵、横梁及边跨半箱梁挠度实测值及校验系数：主跨5-5、8-8测试断面各测点挠度校验系数在0.45～0.95之间，边跨10-10测试断面各测点挠度校验系数在0.68～0.85之间。

⑤主梁纵向实测挠度曲线：主跨各试验工况作用下的主梁纵向实测挠度曲线形状与理论挠度曲线基本一致，且各测点实测挠度基本小于理论挠度，表明框架钢梁的整体受力性能良好。

⑥试验荷载作用下主吊杆索力实测值及校验系数：各测试吊杆索力增量的校验系数在0.52～0.91之间。

2.3.2 结构相对残余变形

①主拱肋相对残余变形：主跨拱肋各测试断面应变相对残余变形在0～17.5%之间，竖向挠度相对残余变形在1.9%～13.5%之间，横向位移相对残余变形在4.0%～17.2%之间；边跨拱肋各测试断面应变相对残余变形在0～13.3%之间。

②主跨框架梁与边跨半钢箱梁相对残余变形：主跨框架钢梁各测试断面应变相对残余变形在1.6%～17.5%之间，竖向挠度相对残余变形在0～7.1%之间；边跨半钢箱梁10-10测试断面应变相对残余变形在0～2.7%之间，竖向挠度相对残余变形在0～10.0%之间。

3 动载试验

3.1 跑车试验

本次试验选取1-1（9#横梁及9#纵梁）、2-2（南侧主拱肋 1/4L）、3-3断面（边跨跨中）进行跑车试验，试验车辆20 km/h、30 km/h及40 km/h驶过桥面时，主桥中跨1-1断面横梁动应变测点实测动应变曲线分析得到的冲击系数在0.044～0.048之间，1-1断面纵梁测点实测动应变曲线分析得到的冲击系数在0.020～0.050之间，2-2断面测点实测动应变曲线分析得到的冲击系数在0.037～0.043之间，各工况下测试断面实测冲击系数μ均小于按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定所计算的冲击系数0.050；主桥边跨3-3断面测点实测动应变曲线分析得到的冲击系数在0.046～0.079之间，各工况下测试断面实测冲击系数μ均小于按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定所计算的冲击系数0.123。综合以上测试结果表明，主桥结构抗冲击性能良好。

3.2 模态测试

本次模态测试主要针对主桥中跨进行，中跨模态测试测点主要布置在桥面机动车道两侧的伸缩缝位置及对应吊杆位置。主桥中跨前三阶自振特性与理论基本一致，且前三阶实测频率值都大于理论计算值，表明主桥中跨实际整体刚度较理论要好。各阶竖向自振频率对应的阻尼比在0.83%～2.23%之间，均在常值范围内。

4 结语

①试验荷载作用下，该桥各测试断面应变校验系数介于0.19～0.96之间，挠度（位移）校验系数介于0.44～0.99之间，主跨吊杆索力增量校验系数介于0.52～0.91之间，满足《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233-2015）规定的校验系数不大于1的要求，表明该桥当前能够满足设计城-B级荷载的正常使用要求。

②试验荷载作用下，该桥各测试断面应变相对残余变形介于0～17.5%之间，挠度（位移）相对残余变形介于0%～17.2%之间，应变及挠度（位移）相对残余变形均小于20.0%，表明该桥具备良好的弹性回复能力，结构处于弹性工作状态。

③试验车辆低速驶过桥面时，主桥中跨拱、梁和边跨半钢箱梁实测冲击系数μ均小于按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定所计算的冲击系数，表明主桥抗冲击性能良好。

④该桥中跨前三阶自振特性与理论基本一致，且前三阶实测频率值均大于理论计算值，表明主桥实际整体刚度较理论要好，且各阶竖向自振频率对应的阻尼比均在常值范围内。

综上所述，在正常使用极限状态下，该主桥上部结构能够满足设计城-B级荷载的正常使用要求，具备通车条件。