刚架拱桥加固后荷载试验分析

李亚利，魏建华

(1.中交远洲工程咨询有限公司，河北 石家庄 050035；2.河北交通职业技术学院，河北 石家庄 050051)

0 前 言

桥梁加固就是对桥梁的主要承重结构、构件及其相关部分采取增强、局部更换、调整其内力等措施，使其满足现行设计规范要求[1]。桥梁加固主要有粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法、体外预应力法、增大截面加固法等方法。而桥梁的加固效果即桥梁结构的正常使用状态和承载能力是否符合设计要求，则需要通过荷载试验来检验。桥梁荷载试验是通过施加荷载的方式对桥梁结构或构件的静、动力特性进行现场试验测试，包括静载试验和动载试验[2]。

1 桥梁概况

某桥桥型结构为一跨钢筋混凝土(预制)刚架拱，现浇拱座桥台。刚架拱净跨60m，桥全长91.066m。桥面距沟底高差约60m。桥面宽度：0.25m(护栏)+1.5m(人行道)+9.0m(车行道)+1.5m(人行道)+0.25m(护栏)，总宽12.5m。桥梁于1995年4月建成通车。桥面为水泥混凝土铺装，预制混凝土梁柱式护栏，两侧桥台各设置1道钢板伸缩缝。排水系统的组成为桥面排水孔+铸铁导流管，该桥无照明设施。桥梁设计活载为汽车-超20、挂车-120，人群荷载取值3kN/m2。结构主要材料：刚架拱片、微弯板、桥面铺装及横系梁均采用50号混凝土，桥头引道路面、拱座采用25号混凝土，拱座基础采用15号混凝土；桥台身采用10号砂浆砌片石，其外部10号砂浆砌40号粗料石镶面；刚架拱片及横系梁中的主筋采用Ⅱ级钢筋，其他钢筋均采用Ⅰ级钢筋。桥梁立面、横断面如图1所示。

刚架拱桥总体技术状况评定等级为3类，上部结构技术状况为3类，根据《公路桥涵养护规范》(JTGH11—2004)的养护对策，对该桥进行中修处理。桥梁运行时间较长，主要构件出现了受力裂缝，桥梁在车辆经过时振动幅度较大，故对刚架拱片进行加固处理，增强桥梁结构刚度，同时限制重载车通行。桥梁加固设计以满足原设计荷载标准为依据，采取的加固措施主要为：①对桥台、拱片、横系梁、微弯板的混凝土裂缝进行封闭处理，缝宽小于0.2mm的裂缝采用环氧胶泥表面封闭，缝宽大于等于0.2mm的裂缝采用压注环氧树脂胶液处理；②拱肋、拱脚与斜撑构件的受力较大部位采用粘贴钢板加固。

图1 刚架拱桥立面、横断面示意图(单位：cm)

2 桥梁静载试验分析

2.1 静载试验实施

1)静载试验效率系数。静载试验效率系数是某一控制截面的试验荷载作用下的计算效应与该截面设计控制效应的比值，宜为0.95～1.05[3]。加固后试验荷载按原设计荷载选定，采用等效荷载加载，等效荷载采用四辆单车重约340kN的三轴载重汽车，荷载试验效率系数为1.02。加载车辆的前中轴距为3.5m、中后轴距为1.4m、横向轮距为1.8m。

2)测试位置及工况。刚架拱桥荷载试验的主要测试位置和工况，横桥向分为偏心加载和对称加载，顺桥向为跨中截面最大正弯矩位置(A-A断面)和拱腿顶截面最大负弯矩位置(B-B断面)。4个测试工况如表1所示。各工况测试内容均为应变和挠度。测试断面位置示意见图2，挠度测点布置如图3所示。

表1 测试断面工况表

图2 测试断面位置示意图(单位：cm)

图3 挠度测点布置示意图(单位：cm)

2.2 静载试验结果

此次仅对桥梁加固后的主要测点的挠度数据进行比较分析。桥梁跨中最大正弯矩断面各点挠度结果如表2所示，桥梁拱腿顶最大负弯矩断面各点挠度结果如表3所示。

表2 跨中最大正弯矩断面主要测点挠度结果表

表3 拱腿顶最大负弯矩断面主要测点挠度结果表

通过测试结果可以看出。

1)在跨中主梁最大正弯矩试验荷载偏心作用下，桥面跨中测试断面测点挠度校验系数在0.66～0.72，均小于1.00；在跨中主梁最大正弯矩试验荷载对称作用下，桥面跨中测试断面测点挠度校验系数在0.67～0.72，均小于1.00。

2)在拱腿顶主梁最大负弯矩试验荷载偏心作用下，桥面拱腿顶测试断面测点挠度校验系数在0.61～0.69，均小于1.00；在拱腿顶主梁最大负弯矩试验荷载对称作用下，桥面拱腿顶测试断面测点挠度校验系数在0.58～0.72，均小于1.00。结构在试验荷载下，桥梁的刚度能满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01—2015)的要求。

3)在试验荷载作用下，跨中测试断面测点相对残余位移(残余挠度值与量测的总挠度值的比值)最大值为5.44%，拱腿顶测试断面测点相对残余位移(残余位移值与量测的总位移值的比值)最大值为6.72%，均小于20%，满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01—2015)的相关要求。

4)在试验加载过程中，桥梁结构未出现异常变形、响动、失稳、扭曲、晃动等异常现象。加载过程中，未发现由试验荷载作用产生的裂缝。

综上所述，加固后桥梁的刚度能满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01—2015)的要求。

3 桥梁动载试验分析

桥梁自振频率测试时采用环境随机激振法(脉动法)。自振频率测点布置在L/4、跨中、3L/4位置。采用MidasCivil软件计算刚架拱桥理论自振频率，计算模型如图4所示。结构竖向振动测试分析结果如表4所示。

图4 刚架拱桥1阶理论振型图

表4 刚架拱桥自振频率结果表

通过测试结果可以看出：该桥实测自振频率大于理论计算自振频率，可以满足结构正常使用功能，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTGTJ21—2011)中第5.9.2条，该桥自振频率评定标度为1，桥梁工作状况良好。

4 结 语

本次对加固后的刚架拱桥进行荷载试验，通过静载试验结果可得出桥梁粘钢加固后的承载能力满足原设计荷载(汽车-超20级，挂车-120)正常使用的要求，通过动载试验结果可得出桥梁上部结构自振频率评定标度为1，桥梁工作状况良好。因此，粘钢加固可以有效地提高桥梁的承载能力，荷载试验结果可为同类型桥梁的加固设计提供技术依据，为其他类型桥梁的加固提供参考。

[ID:010591]