簡支鋼管混凝土拱橋拱腳檢測應注意的問題

肖 毅

(中交國通公路工程技術有限公司，貴州貴陽 550081)

1 工程概況

某市政公路橋，橋跨布置:2×20 m 鋼筋混凝土連續箱梁+(85+120+85)m 三跨下承式簡支鋼管混凝土系桿拱，橋面全寬30 m，橋梁全長349.5 m。主要技術標準:汽車荷載:城—A 級;人群荷載:3.5 kN/m2;橋面寬度:凈－22.5+2×3.5 m 人行道，全寬30 m，雙向六車道。

2 拱腳檢測中出現的問題

在做該公路橋荷載試驗過程中，同一般拱橋一樣，做了拱腳截面最大負彎矩工況和拱腳最大水平推力工況。試驗結果表明:在拱腳負彎和拱腳最大水平推力工況下拱腳的實測結果與MIDAS Civil 2006 梁格法理論計算結果趨勢有差異。

模擬計算采用MIDAS Civil 2006 梁格法，在計算時將鋼管和混凝土等代換算成同一種材料，該材料能表現鋼管混凝土結構中三向受力方式，從而能真實反映橋梁自身的結構受力特點。

限于篇幅，以中孔120 m 跨拱腳負彎工況為例(拱腳最大水平推力工況也主要是與軸力疊加的彎矩差異導致實測結果與理論計算的差異)，計算模型劃分為773個單元，632個節點。

表1 MIDAS 梁格法計算的理論值與實測值比較

試驗過程用到10 臺平均總重約40 t 的自卸車，試驗內力為－1662.40 kN·m，計算內力為－1611.48 kN·m，荷載效率為103.2 %，試驗結果與理論值如表1 所示。從表中可以看出:拱腳實測并無負彎出現，反而呈現出正彎趨勢。

3 問題的解決

采取以下措施來解決出現的問題:首先做驗證性試驗，看是否重現上次的試驗結果，若試驗結果得以重現，再更換計算軟件，改進計算方法，校核原有計算。

通過針對拱腳截面重新做的驗證試驗，重現了之前的試驗結果，證明試驗結果就是大橋結構本身的真實情況。

為進一步摸清MIDAS civil2006 梁格單元的理論計算值與實測結果的差異，采用ANSYS12.1 對大橋進行了實體單元模擬計算，鋼管和混凝土單獨建模，鋼管單元與混凝土單元同節點。同樣以120 m 孔為例，計算結果如下:

整跨計算模型劃分為1183213個單元，576010個節點，如圖1～圖4 所示。分兩種工況考慮:工況一為空載情況，考慮預應力影響;工況二為實際布載下的結構響應。

圖1 MIDAS 梁格法單元模型

圖2 ANSYS 實體單元模型

圖3 拱腳負彎載位

圖4 拱肋應力測試點布置

圖5 空載下拱腳截面軸向應力云圖

圖6 實際車輛荷載下拱腳截面軸向應力云圖

從圖5～6可以看出，大橋主橋中孔拱腳截面空載及實際車輛荷載下，上鋼管拱受壓，下鋼管拱局部受拉，較為真實地反應了大橋真實的受力情況。由表1 及表2 分析可知，大橋的受力與理論是一致的，可控的。

表2 ANSYS 應力點測點計算值

由于在用MIDAS civil2006 的模擬計算時，沒有考慮盆式橡膠支座寬度對拱座區域局部的影響，支座位置采用節點進行模擬，從而造成了理論計算值與實測結果的差異。

4 結束語

(1)下承式簡支鋼管混凝土系桿拱橋拱腳結構受力復雜，在做結構設計驗算校核時，應針對拱腳做局部分析。

(2)在做此類拱橋荷載試驗的拱腳截面工況時，應充分考慮由于盆式橡膠支座寬度對拱座區域局部的影響，在今后的試驗過程中，可考慮針對此類拱橋拱腳截面不做拱腳負彎工況，做拱腳最大水平推力工況即可。

(3)從彈性力學的圣維南原理出發，在遠離拱座區域后，MIDAS civil2006 模擬的其余截面計算值是真實有效的。整個荷載試驗也表明，除拱腳截面外，其余的截面各工況下，測試值與MIDAS Civil 2006 梁格法理論計算結果趨勢一致，且可控。

(4)橋梁荷載試驗是一個嚴謹的過程，出現問題時，可借鑒本文方法，首先做驗證試驗，觀測上次試驗是否能重現，若試驗結果得以重現，再次分析原因，通過更換計算軟件和計算方法等來解決問題。

［1］JTG/T J21—2011 公路橋梁承載能力檢測評定規程［S］

［2］徐芝綸.彈性力學［M］.北京:高等教育出版社，2006

［3］范立礎.橋梁工程(上、下冊)［M］.北京:人民交通出版社，2001

［4］CECS 28:90 鋼管混凝土結構設計與施工規程［S］

［5］GB 50010—2010 混凝土結構設計規范［S］