既有上承式鋼筋混凝土連拱拱橋靜載試驗與承載力評估

王前東

（河南省收費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構，橋跨組成為32.5m+3×35m+32.5m，寬39.5m，全橋長181m。每跨有10片拱肋，中間六片為“工”字型，兩側各兩片拱肋為矩形。外側拱肋與人行道主縱梁組成拱梁組合結構，內側拱肋無縱梁，拱肋上設立柱、橫撐和蓋梁。立柱蓋梁、人行道主縱梁采用現場澆筑，其余構件預制拼裝，拱肋分兩段預制，跨中1m采用濕接縫澆筑，拱腳固結，現場澆筑。橋梁桿件編號示意圖如圖1所示。

圖1 橋梁桿件編號示意圖

2 外觀檢查結果

（1）拱肋總體外觀較好，無明顯變形、裂縫產生。拱腳與拱座界面有少量微細環形裂縫，如2號孔7#拱片在1#墩拱座上有1條裂縫，4號孔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，無明顯病害；

（3）蓋梁鋼筋外露，2號孔蓋梁底出現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

本橋結構計算采用MIDAS CIVIL 2010，結構計算簡圖如圖2所示，全橋共劃分790個節點，938個梁單元。經查閱設計資料，本橋設計荷載為汽車-超20級，人群荷載3.5kN/m2。根據汽車荷載的彎矩包絡圖和軸力包絡圖，確定測試截面如圖3所示。其中應力采用混凝土表面式電阻應變片測量,撓度采用百分表測量，同時在3號拱肋拱腳處布置水平和豎向百分表，測試拱腳位移。

圖2 機構計算簡圖

圖3 測試截面布置圖（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進行加載。加載車輛進場前先稱量每輛車的軸重并記錄編號，保證車輛總重誤差不超過5%，并盡可能使荷載效率系數η 在 0.9～1.0 之間， 以滿足基本荷載試驗 0.8≤η≤1.05 的規定。

3.2 加載工況

工況一：測試1-1截面的最小負彎矩對應的正應力和4-4截面的軸力。

工況二：測試1-1截面的最小軸力對應的正應力和2-2截面的最大正彎矩對應的正應力和位移。

工況三：測試3-3截面的最大正彎矩對應的正應力和位移。

工況四：測試在3-3截面的最小正彎矩對應的正應力和位移。

3.3 試驗結果及分析

選取工況三作用下的計算結果及實測值見表1、表2所列，其校驗系數ξ=實測值／理論值。

表1 工況三2號拱肋3-3截面應力數據分析

結構應力校驗系數小于1，說明結構的承載能力滿足設計荷載使用要求，相對殘余應力小于20%，結構處于彈性工作狀態。

表2 工況三拱肋截面位移數據分析

結構位移校驗系數小于1，說明結構的剛度滿足設計荷載使用要求,結構相對殘余變形1.18%，小于20%，結構處于彈性工作狀態。

4 試驗結論及維修處理建議

4.1 通過靜載試驗，在對大量的測試數據進行整理分析的基礎上得到以下幾點結論：

（1）各測試截面的應力校驗系數ξ均小于1，說明結構的強度滿足設計要求，具有一定的安全儲備；

（2）各撓度測試截面的撓度校驗系數ξ均小于1，說明結構的剛度滿足設計要求，剛度較好；

（3）本橋相對殘余變位較小，說明橋梁處于彈性工作狀態；

（4）實測撓度所測算的活載橫向分布系數與理論計算的活載橫向分布系數吻合較好，說明大橋的整體受力性能較好；

（5）試驗前主拱肋未發現裂縫，試驗時對3號拱肋控制截面進行觀察也未發現裂縫，試驗后亦未發現裂縫；經觀測，在荷載試驗期間立柱斜裂縫寬度未發生明顯變化；

（6）綜上所述，銀湖大橋各項測試結果均滿足試驗規范、規程的要求，能夠滿足汽車-超20級，掛車-120，人群荷載3.5kN/m2的設計荷載正常使用的要求；

（7）通過前期檢查和試驗，建議對本橋進行適當的維修處理。

4.2 維修處理建議

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

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