鋼筋混凝土雙曲拱橋的靜載試驗分析

摘要：本論文以東方大橋的現場靜載試驗為例，介紹了靜載試驗的試驗內容、測點布置、終止加載條件、試驗方法，對橋梁靜載試驗結果做了分析，為橋梁進一步的檢測與評估提供了技術參考。

關鍵詞：雙曲拱橋 荷載 靜載試驗

據統計，我國在60年代中期到80年代中期共建雙曲拱橋約4000座，占同期全國公路橋梁總數的25%左右。由于我國交通運輸業的不斷發展，特別是加重車輛迅速增多，這些雙曲拱橋逐漸出現了不同程度和不同類型的病害，有的甚至達到危害行車安全，影響正常交通運行的程度。

1 工程概況

東方大橋上部結構為雙曲拱橋，橋梁全長136.3m，凈跨經為90m。橋梁全寬8.0m，橫向布置為0.5m(人行道)＋7.0m(車行道)＋0.5m(人行道)。下部結構為重力式墩臺。拱軸線為懸鏈線，荷載等級為汽車－13級、拖－60，于1976年建成通車。

2 靜載試驗的內容

本次靜載試驗主要包括以下加載試驗項目：

①檢驗1/8L截面A-A最不利負彎矩效應；

②檢驗1/4L截面B-B最不利正彎矩效應；

③檢驗拱頂截面C-C最不利正彎矩效應和最大撓度；

④檢驗3/4L截面D-D最不利正彎矩效應；

⑤檢驗7/8L截面E-E在最不利負彎矩效應。

3 測試斷面和測點布置

選擇90m跨拱橋實施靜載試驗。各測試斷面具體位置如圖所示：

3.1 應變測試測點布置

各斷面測點布置如圖：

3.2 撓度測試

撓度測點布置在主跨橋面位置如圖：

4 靜載試驗規則及終止加載條件

4.1 靜力試驗原則上應選擇在氣溫變化不大于2℃和結構溫度趨于穩定的時間間隔內進行，本橋選擇在氣溫差異不大的白天進行。正式加載前，用試驗最大加載量20%-30%的荷載對試驗孔跨中截面進行預加載，檢驗測試組織及儀表是否處于正常工作狀態。

4.2 靜力荷載持續時間，主要取決于結構變位達到相對穩定的時間，只有結構變位達到相對穩定，才能進入下一級荷載試驗階段。同一級荷載內，當結構在最后五分鐘內的變位增量，小于前一個五分鐘增量的5%或小于所用測量儀器的最小分辨率值時，即認為結構變位達到相對穩定。

4.3 全部測點在加載開始前均應進行零級荷載的讀數，以后每級加載或卸載后應立即讀數一次，并在結構變位達到相對穩定后，進入下一級荷載前，再讀數一次。

4.4 終止加載試驗條件

結構控制截面的變位，應力（或應變）在未加到最大試驗荷載前，提前達到或超過理論計算值，或控制截面產生裂縫且裂縫擴展迅速，應立即終止加載。

5 加載方式與分級加載

為了獲取結構試驗荷載與變位的相關曲線，防止結構加載意外損傷，就某一加載試驗項目，其靜力試驗荷載分成三級加載，分兩到三級卸零。本次荷載試驗加載方式為單次滿載或逐級遞加到最大荷載，然后兩次卸至零荷載。

靜力試驗荷載的加載分級，主要依據加載車輛在某一加載試驗項目對應的加載控制截面內力或變位影響線內縱橋向位置的不同以及加載車輛數量的多少，而分成試驗控制荷載產生的該加載試驗項目對應的加載控制截面內力或變位的最不利效應計算值的約70%、100%。

6 靜載試驗效率與結構檢算

本次靜載試驗為基本荷載試驗。靜力試驗荷載擬采用兩輛，每輛重約28噸的三軸載重汽車充當，就某一加載試驗項目而言，其所需加載車輛的數量，將根據設計標準活荷載產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最不利效應值，按下式所確定的原則等效換算而得。

式中：η—靜力試驗荷載效率；Sstar—試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最大計算效應值； S—設計標準活載不計沖擊荷載作用時產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力或變位等的最不利計算效應值；(1+μ)—設計計算取用的沖擊系數。

該橋計算采用橋梁博士專用程序進行，并采用通用有限元軟件ANSYS建立空間模型復核。

本次靜載試驗經過優化合并后，確定的加載工況為5個。各工況檢算結果如下：

工況一為檢驗1/8L截面A-A最不利負彎矩效應測試，各級試驗荷載作用下，實測1/8L截面的混凝土應變校驗系數在0.49~0.92之間，有一處校驗系數超出鑒定方法常值范疇[0.4，0.8]，卸載后的相對殘余應變在0.00~17.39%之間，滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

工況二為檢驗1/4L截面B-B最不利正彎矩效應的加載試驗測試，各級試驗荷載作用下，實測1/4L截面的混凝土應變校驗系數在0.74~0.89之間，三處應變校驗系數不滿足鑒定方法常值范疇[0.4，0.8]，卸載后的相對殘余應變在0.0~18.97%之間，滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

工況三為拱頂截面C-C在偏載作用下最不利正彎矩效應測試，各級試驗荷載作用下，實測拱頂截面的混凝土應變校驗系數在0.41~0.80之間，滿足鑒定方法常值范疇[0.4，0.8]，卸載后的相對殘余應變在2.13~12.12%之間，滿足鑒定方法中不大于20%的規定。實測拱頂截面的撓度校驗系數在0.43~0.96之間，有一處撓度不滿足鑒定方法常值范疇[0.5，0.9]，卸載后的相對殘余應變在1.15~3.42%之間，滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

工況四為3/4L截面D-D在偏載作用下最不利正彎矩效應的加載試驗測試，各級試驗荷載作用下，實測跨中截面的混凝土應變校驗系數在0.52~0.90之間，有1處不滿足鑒定方法常值范疇[0.4，0.8]，卸載后的相對殘余應變在0.00~23.81%之間，一處殘余應變不滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

工況五為7/8L截面E-E在偏載作用下最不利負彎矩效應的加載試驗測試，各級試驗荷載作用下，實測跨中截面的混凝土應變校驗系數在0.56~0.84之間，有一處不滿足鑒定方法常值范疇[0.4，0.8]，卸載后的相對殘余應變在0.00~15.38%之間，殘余應變滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

7 荷載試驗小結

通過對現場試驗現象、試驗數據以及試驗結果的分析，并與理論計算值進行比較，可得到如下結論：

7.1 本次試驗的靜力荷載試驗效率介于0.85~1.00，試驗荷載在結構控制截面產生的最大內力效應和變位效應，能夠反映理論計算活載作用下同一截面最不利內力效應和變位效應，滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》的有關要求。

7.2 各測試斷面應變測點、撓度測點校驗系數表明，結構承載能力基本滿足原設計荷載汽車－13級、拖－60的要求，但安全儲備已不足。

7.3 各測試斷面應變測點、撓度測點殘余應變基本滿足鑒定方法中不大于20%的規定。

參考文獻：

[1]張美珍.橋梁工程檢測技術.人民交通出版社，2007.

[2]宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定.人民交通出版社，2002.

[3]劉自明.橋梁工程檢測手冊.人民交通出版社，2002.

作者簡介：楊玉軍，男，1976年11月出生，陜西省建筑職工大學教師，西安建筑科技大學在讀碩士。