既有上承式鋼筋混凝土連拱拱橋靜載試驗(yàn)與承載力評(píng)估

王前東

（河南省收費(fèi)還貸高速公路管理中心 河南 鄭州 450016）

1 工程概況

某上承式鋼筋混凝土連拱拱橋，拱肋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋跨組成為32.5m+3×35m+32.5m，寬39.5m，全橋長(zhǎng)181m。每跨有10片拱肋，中間六片為“工”字型，兩側(cè)各兩片拱肋為矩形。外側(cè)拱肋與人行道主縱梁組成拱梁組合結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)拱肋無(wú)縱梁，拱肋上設(shè)立柱、橫撐和蓋梁。立柱蓋梁、人行道主縱梁采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，其余構(gòu)件預(yù)制拼裝，拱肋分兩段預(yù)制，跨中1m采用濕接縫澆筑，拱腳固結(jié)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑。橋梁桿件編號(hào)示意圖如圖1所示。

圖1 橋梁桿件編號(hào)示意圖

2 外觀檢查結(jié)果

（1）拱肋總體外觀較好，無(wú)明顯變形、裂縫產(chǎn)生。拱腳與拱座界面有少量微細(xì)環(huán)形裂縫，如2號(hào)孔7#拱片在1#墩拱座上有1條裂縫，4號(hào)孔1#拱片在3#墩拱座上有1條裂縫和3#拱片在4#墩拱座上有1條裂縫，縫寬均為0.1mm；

（2）橫撐除露筋外，無(wú)明顯病害；

（3）蓋梁鋼筋外露，2號(hào)孔蓋梁底出現(xiàn)沿桿件方向縱向早期干縮裂縫，分別位于1#蓋梁和6#蓋梁上，縫寬0.1～0.2mm；

（4）2號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共13條，沿桿件方向裂縫2條，縫寬最大0.15mm；3號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共10條，縫寬0.10mm，其中1條縫寬為0.3mm；4號(hào)孔拱頂附近立柱斜向裂縫共24條，縫寬最大0.20mm。

3 靜載試驗(yàn)

本橋結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS CIVIL 2010，結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示，全橋共劃分790個(gè)節(jié)點(diǎn)，938個(gè)梁?jiǎn)卧＝?jīng)查閱設(shè)計(jì)資料，本橋設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，人群荷載3.5kN/m2。根據(jù)汽車荷載的彎矩包絡(luò)圖和軸力包絡(luò)圖，確定測(cè)試截面如圖3所示。其中應(yīng)力采用混凝土表面式電阻應(yīng)變片測(cè)量,撓度采用百分表測(cè)量，同時(shí)在3號(hào)拱肋拱腳處布置水平和豎向百分表，測(cè)試拱腳位移。

圖2 機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖3 測(cè)試截面布置圖（cm）

3.1 加載車輛

采用等效荷載法，采用均為30t重的汽車組成的汽車車隊(duì)進(jìn)行加載。加載車輛進(jìn)場(chǎng)前先稱量每輛車的軸重并記錄編號(hào)，保證車輛總重誤差不超過(guò)5%，并盡可能使荷載效率系數(shù)η 在 0.9～1.0 之間， 以滿足基本荷載試驗(yàn) 0.8≤η≤1.05 的規(guī)定。

3.2 加載工況

工況一：測(cè)試1-1截面的最小負(fù)彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和4-4截面的軸力。

工況二：測(cè)試1-1截面的最小軸力對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和2-2截面的最大正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。

工況三：測(cè)試3-3截面的最大正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。

工況四：測(cè)試在3-3截面的最小正彎矩對(duì)應(yīng)的正應(yīng)力和位移。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

選取工況三作用下的計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1、表2所列，其校驗(yàn)系數(shù)ξ=實(shí)測(cè)值／理論值。

表1 工況三2號(hào)拱肋3-3截面應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

結(jié)構(gòu)應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載使用要求，相對(duì)殘余應(yīng)力小于20%，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

表2 工況三拱肋截面位移數(shù)據(jù)分析

結(jié)構(gòu)位移校驗(yàn)系數(shù)小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度滿足設(shè)計(jì)荷載使用要求,結(jié)構(gòu)相對(duì)殘余變形1.18%，小于20%，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

4 試驗(yàn)結(jié)論及維修處理建議

4.1 通過(guò)靜載試驗(yàn)，在對(duì)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析的基礎(chǔ)上得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）各測(cè)試截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)ξ均小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，具有一定的安全儲(chǔ)備；

（2）各撓度測(cè)試截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)ξ均小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的剛度滿足設(shè)計(jì)要求，剛度較好；

（3）本橋相對(duì)殘余變位較小，說(shuō)明橋梁處于彈性工作狀態(tài)；

（4）實(shí)測(cè)撓度所測(cè)算的活載橫向分布系數(shù)與理論計(jì)算的活載橫向分布系數(shù)吻合較好，說(shuō)明大橋的整體受力性能較好；

（5）試驗(yàn)前主拱肋未發(fā)現(xiàn)裂縫，試驗(yàn)時(shí)對(duì)3號(hào)拱肋控制截面進(jìn)行觀察也未發(fā)現(xiàn)裂縫，試驗(yàn)后亦未發(fā)現(xiàn)裂縫；經(jīng)觀測(cè)，在荷載試驗(yàn)期間立柱斜裂縫寬度未發(fā)生明顯變化；

（6）綜上所述，銀湖大橋各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果均滿足試驗(yàn)規(guī)范、規(guī)程的要求，能夠滿足汽車-超20級(jí)，掛車-120，人群荷載3.5kN/m2的設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求；

（7）通過(guò)前期檢查和試驗(yàn)，建議對(duì)本橋進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修處理。

4.2 維修處理建議

根據(jù)靜載試驗(yàn)，本橋的承載能力滿足正常使用要求，但結(jié)構(gòu)局部存在的微裂縫和露筋等病害影響橋梁的耐久性，伸縮縫混凝土開(kāi)裂影響行車舒適性。建議對(duì)主要受力構(gòu)件如拱腳、立柱、立墻等存在的裂縫縫進(jìn)行封閉處理，并粘貼碳纖維布或鋼板以抑制裂縫的發(fā)展；對(duì)立墻表面作防水處理；對(duì)全橋主要構(gòu)件混凝土剝落區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)，銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹防銹；修補(bǔ)伸縮縫開(kāi)裂混凝土。

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