某中承式钢管混凝土拱桥静载试验分析

常 亮 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

1 引言

桥梁静载试验是了解桥梁结构实际工作性能，如结构强度、刚度、抗裂性等最直接有效的办法，测量桥梁在各种静力荷载工况下的各个控制截面的应力应变及结构的挠度变形，从而确定结构的实际工作性能与设计是否相符，检验结构强度、刚度以及桥梁承载能力，试验过程还应关注可能出现的异常现象。

2 工程概况

某中承式钢管混凝土拱桥，桥跨径布置为15.0m+2×75.0m+15.0m，横断面布置为0.3m（防撞护栏）+5.4m（人行道）+0.3m（防撞护栏）=6.0m，主拱圈为五边形钢管混凝土结构，主跨计算跨径65.0m，侧向旋转前矢高24.377m，矢跨比1/2.666，拱轴线为圆曲线；全桥共16根吊杆，吊杆上端顺桥向沿桥梁设计中轴线投影间距7.0m，下端顺桥向沿桥梁设计中轴线投影间距6.0m；主梁采用1.5m高的钢箱梁断面，两侧悬臂宽1.5m，悬臂端部高50cm，顶、底板厚度均为20mm，腹板厚度为16mm。下部结构采用1.2m钻孔灌注桩，桩端嵌入中风化泥质粉砂岩。主拱圈采用钢管混凝土结构，钢管采用20mm厚的钢板焊接而成，内灌注C50自密实补偿收缩混凝土；主梁采用Q345qC钢材，吊杆采用PES.E(C)5-121环氧喷涂钢丝拉索成品吊杆，拱脚采用C40混凝土。设计荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）第10.0.3 条中规定的小型车专用道路取值，桥面按双向共计2个非机动车道考虑。

3 试验检测内容

①吊索在试验荷载下的索力增量：索力是评价该结构安全性和承载能力的一个重要指标，现场采用索力计进行数据采集分析。

②桥跨控制载面在试验荷载下的挠度及应变：在现场采用全站仪、精密水准仪对挠度进行测量，应变采用应变采集仪测量。

4 加载实施方案

4.1 确定加载控制截面

以设计资料为依据，运用有限元软件建立该桥仿真模型进行内力分析，桥跨结构的仿真计算模型如图1所示，根据主梁在汽车荷载下的弯矩、吊索内力图见图2、图3所示，可确定各加载控制面。

图1 仿真计算模型

图2 设计荷载下主拱圈弯矩图

图3 设计荷载下主拱圈吊索内力图

依据试验桥跨（或跨数）的选取原则，选取该桥第1跨、第2跨为试验跨，各类加载控制及数据采集截面见图4所示，详细的控制截面位置描述及控制效应内容见表1所示。

图4 B-B、C-C截面挠度测点布置图

加载控制截面位置及控制效应 表1

4.2 加载工况设置及试验效率

本桥设计荷载为人群荷载12.96kN/m，荷载试验采用全桥堆载容重为18kN/m的沙袋，用于模拟人群荷载，各工况在各等级加载下内力值及荷载效率见表2所示。

加载工况设置详表 表2

4.3 加载图示

本次荷载试验采用三级加载，逐步加载到满载（全桥桥面满铺沙袋）模拟全桥人群荷载，见图5、图6、图7所示。

图5 工况1～工况6一级加载加载示意图

图6 工况1～工况6二级加载加载示意图

图7 工况1～工况6三级加载加载示意图

4.4 测点布置

根据现场实际情况，挠度采用全站仪、精密水准仪测试，B-B、C-C测试截面横向布置1个挠度测点，挠度测点如图8所示。A-A、B-B、C-C、D-D每个测试截面每片梁底各布置4个应变测点，截面应变测点布置如图9所示。吊杆索力测量布置如图10所示。

图8 B-B、C-C截面挠度测点布置图

图10 吊杆索力测量布置图

5.1 应变测试结果

5 试验结果分析

在工况1、工况4及工况5试验荷载作用下，各测点应变测试结果分别见表3、表4所示。

工况1、工况4应变测试结果（单位：uε） 表3

工况5应变测试结果表（单位：uε） 表4

5.2 挠度测试结果

在工况5试验荷载作用下，各测点挠度测试结果见表5所示。

工况5挠度测试结果（单位：mm） 表5

5.3 吊索索力增量测试结果

在工况3、工况6试验荷载作用下，各测点吊索索力测试结果见表6所示。

工况3、工况6吊索索力增量测试结果表（单位：kN） 表6

通过上述数据分析可知：

①应变测点、挠度测点、吊索内力值在各工况下的实测数据均小于理论计算值，关键应变测点的校验系数为0.71～0.85，关键变形测点的校验系数为0.70～0.85，吊索索力测点的校验系数为0.70～0.85，满足规范要求；

②卸除荷载后，应变恢复良好，残余应变较小，残余应变与最大应变之比≤20%，残余变形与最大变形之比≤20%，残余吊索内力与最大吊索内力之比≤20%，说明该跨桥梁接近弹性工作。

6 检测结果分析

本文采用《公路桥梁荷载试验规程》（JTGT J21-01-2015）中建议的加载规定，结合桥梁的具体情况，成功的对桥梁进行了现场试验与数据采集。建立了有限元模型，并完成计算分析，对桥梁结构承载力及变形进行综合评定。根据试验数据及分析结果，现有桥梁结构工作状况良好，结构承载能力及整体刚度满足设计荷载“按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）10.0.3 中，规定的小型车专用道路取值”要求，即该桥满足“按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）第10.0.3 条中，规定的小型车专用道路取值”承载能力荷载标准。