中承式鋼筋混凝土肋拱橋動靜載試驗分析

梁開波

1 工程概況

該橋建于1993年5月，全橋共1孔，單孔凈跨徑為60.0 m，橋梁全長71.2 m。橋面寬度為2.2 m+7.5 m+2.2 m，上部結構為中承式鋼筋混凝土雙肋無鉸拱橋，主拱圈為鋼筋混凝土矩形截面，矢跨比為1/5，吊桿共12對，吊桿間距為4.1 m。下部結構為石砌重力式橋臺，擴大基礎，橋面為混凝土鋪裝。設計荷載等級為汽車—20級，掛車—100。該橋于2003年進行過加固維修處理，主要是橫梁粘貼纖維布加固，裂縫封閉注漿處理，吊桿外包裹混凝土，橋面重新澆筑。

2 試驗目的

通過本次橋梁動靜載試驗，檢測地震后該橋的總體技術狀況及實際承載能力狀態是否滿足設計文件和規范要求，評定橋梁營運狀態，為實施橋梁管制、日常監測及維修加固提供基礎資料。

3 靜載試驗

3.1 試驗荷載

本次靜載試驗采用內力等效原則，即用等效荷載在測試截面產生的內力與標準車在測試截面產生的內力等效對加載孔進行測試，荷載效率ηq按《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(送審稿)取值，為保證試驗效果，ηq應介于0.85～1.05之間，ηq按下式計算:

其中，Ss為靜力試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或變位的最大計算效應值;S為控制荷載作用下控制截面最不利計算內力值(不計沖擊);μ為按規范取用的沖擊系數。本次試驗荷載效率ηq如表1所示。

表1 試驗荷載效率ηq

考慮到該橋剛遭受過地震災害破壞，靜載試驗的安全性，本次試驗采用兩輛解放車分級對該橋進行加載。

3.2 試驗工況

為保障橋梁結構及試驗的安全，試驗荷載采用逐級遞增的原則進行，并隨時監測裂縫變化情況。加載工況按各測試項目的最不利情況布載，本次加載按主拱肋拱頂彎矩影響線最大正彎矩加載，試驗荷載共分為三級:

3.3 加載車輛、撓度及應變測點布置

撓度點布置:加載時采用兩輛解放車分級對該橋進行加載。撓度點布置在固定橫梁、L/4和L/2處吊桿橫梁支點和跨中位置，具體布置情況見圖1。

應變點布置:本次試驗應變測試斷面為L/2處吊桿橫梁(6號吊桿橫梁)跨中截面，各測點布置如圖2所示。

3.4 撓度測試結果分析

該橋在各級偏心荷載作用下，跨中處橫梁和四分點橫梁在工況荷載作用下的撓度實測值均小于理論計算值，大部分橫梁撓度校驗系數η在0.75～0.95之間，已接近于1，表明該橋安全儲備不足。第三級荷載卸載后，相對殘余比a均小于20%，荷載撓度曲線基本呈線形變化，見圖3，圖4。全橋處于彈性工作狀態。

3.5 應變測試結果及分析

對各級荷載作用下跨中處橫梁應變測試其應變校驗系數在0.17～0.41之間，在規范限值內。從荷載—應變曲線圖5可看出:應變圖在距離橫梁底面25 cm處，出現明顯拐點，實測應變圖呈非線形變化，說明在該橋橫梁底面粘貼的纖維布對橫梁承載能力起了一定的加強作用，該橫梁受力已不滿足平截面假定。

4 動載試驗

4.1 試驗方法

1)利用一輛約170 kN的汽車，在橋面上分別以10 km/h，20 km/h，30 km/h的行駛速度進行跑車和剎車，使橋梁受迫振動，量測橋梁的振動頻率、振幅和阻尼。2)將一輛約170 kN的汽車在高約15 cm的墊木上使后輪自由下落對橋梁進行振動，量測橋梁的固有振動頻率、振幅和阻尼。3)在無載荷作用下，用自然脈動方法測量橋梁的固有振動頻率、振幅和阻尼。

4.2 動載試驗結果

橋梁固有頻率采用有限元程序計算，理論值為2.41，實測值大于理論值，表明結構實際剛度較好。動力系數和阻尼比均在正常范圍內。

5 吊桿索力測試結果分析

5.1 測試原理

本次吊桿索力測試采用振動頻率法，及在一定條件下索股拉力與索的振動頻率存在對應的關系，在已知索的長度與分布質量時，可通過索股的振動頻率計算索的拉力。

忽略索的抗彎剛度，索兩端約束條件視為鉸接，則索力T采用下面公式計算:。其中，fn為索的第n階自振頻率;L為索的計算長度;n為振動階數;W為單位索長的重量。

5.2 吊桿索力測試結果

恒載吊桿索力實測值與理論值相比，共計24根吊桿索力均在5%以內，最大相差4.89%(左側8號吊桿)，有9根吊桿索力實測值小于理論值。

6 結語

通過對靜、動載試驗結果分析，橋跨結構整體上基本滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的限定要求。說明橋梁結構基本滿足設計荷載汽—超20，掛—120的要求。

［1］ 交通部.公路舊橋承載能力鑒定方法［Z］.1998.

［2］ JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.

［3］ 公路橋梁承載能力檢測評定規程(送審稿)［S］.