大跨度鋼管混凝土系桿拱橋靜載試驗研究

王立新WANG Li-xin

（衡陽市城市建設投資有限公司，衡陽421000）

0 引言

鋼管混凝土系桿拱橋結構形式新穎，施工工序復雜，一般在工程竣工后，通過荷載試驗，對橋梁的整體性能、施工質量和實際承載能力進行全面評價，為橋梁竣工驗收和質量評定提供科學依據，并為橋梁后期的使用條件和管理養護提供參考建議[1]。

1 工程概況

衡州大道跨京廣鐵路立交主橋采用剛架式鋼管混凝土系桿拱橋，主橋長172m，吊索段橋面寬28.6m。其設計荷載為：城市－A級，不考慮人群荷載[2]。主拱拱肋采用等截面鋼管混凝土桁架結構，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數1.05，矢跨比為1/4.5。主橋設20對吊桿。每片拱肋各設10根可換索式鋼絞線系桿，橋面系采用懸吊體系，由鋼橫梁、鋼縱梁、橋面預制板及現澆層組成鋼-混組合結構。

每片拱肋桁架上、下弦桿由四根φ800×14mm的鋼管及平聯綴板組成，腹桿采用φ273×12mm的鋼管，腹桿內不灌注混凝土。根據橫向穩定的需要，鋼管混凝土兩主拱肋之間設置了7道“一”字形橫撐，橫撐內不填充混凝土。

2 靜載試驗

2.1 結構模型 采用通用軟件MIDAS/Civil建立了空間有限元模型。拱肋空鋼管采用梁單元，鋼管內混凝土采用施工聯合截面法進行模擬，全橋共包含2811個單元，1630個節點。

2.2 試驗工況 結合鋼管混凝土系桿拱橋的受力特點與該橋實際施工、使用情況，選擇了墩底、拱頂、1/4拱肋截面作為應力控制截面，分別確定為工況1、工況2、工況3，靜載試驗工況、測試內容見表1。

桁架型鋼管混凝土拱橋中，主拱拱肋是由弦桿、平聯板和腹桿組合而成，在其有限元模型中，以兩根上弦桿與平聯板組合建立上拱肋單元，以兩根下弦桿與平聯板組合建立下拱肋單元，上、下拱肋單元通過腹桿連接形成主拱拱肋。由于主拱拱肋是由上、下兩部分組成，故有限元模型只能夠求出對應的上、下拱肋的截面內力，而不能夠求出主拱拱肋的截面內力。

首先由上述有限元模型，求出各工況測點處的應力影響線。再按照橋梁設計荷載，利用重型車輛進行等效加載。由此確定各工況車輛布置情況，對于車輛布置最多的工況1，進行分三級加載，各工況車輛加載數量見表1。由于篇幅限制，本文并未給出各工況車輛布置的具體位置[5、6]。

靜力荷載試驗效率按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）中第8.1.2節進行計算，計算結果見表1。

表1 試驗荷載布置表

2.3 測點布置 該橋橋面撓度布置10個測點，分別選取橋面兩端部、L/4、L/2、3L/4截面作為撓度測試面，南北側各5個測點。

選取墩底、北側拱肋的兩拱腳、L/4、L/2、3L/4截面作為應變測試截面，墩底應變計布置于內外兩側，拱肋截面則在上弦桿與上平聯板上緣布置應變片。

3 靜載試驗結果分析

3.1 撓度測試結果 各工況實測撓度值與理論值對比見表2。全橋實測橋面向下最大撓度-52mm，小于相應理論值-58mm。實測拱頂向下最大撓度-28，小于相應理論值-33。對于三個工況中校驗系數均小于1，橋梁的實際狀況要好于理論狀況。

3.2 應變測試結果 由于本次試驗應變計布置較多，拱肋上的每個測點均布置了3個應變計，主墩上的每個測點布置了6個應變計，受篇幅限制，分別列出了墩底、拱肋、拱腳應變最大值以及對應工況，見表3。橋墩、拱肋實測應變均小于理論值，校驗系數在0.8以上，符合規范要求。墩底截面與主拱拱肋截面各測點應變校驗系數均小于1，橋梁實際應力狀況要好于理論狀態。

表2 橋面撓度實測值與理論值比較

表3 實測最大應變值

3.3 吊索索力 為了檢驗吊索的工作性能，采用索力動測儀對吊索索力進行測試。根據張力弦振動公式：式中：F——吊索的自振頻率；L——吊索的長度；ρ——吊索的材料密度；δ——吊索的拉力。

由此可知，明確了吊索的材料和長度之后，測量吊索的振動頻率就可確定吊索的拉力。

工況2滿載時跨中吊索同時處于最不利狀態，實測跨中吊索索力為72.7噸，略大于理論計算值72.2噸，兩者基本吻合，實測值偏大，故該橋在后期使用過程中應注意加強對吊索的防護。

4 結語

通過本文分析，對于桁架型鋼管混凝土拱橋，其拱肋上的控制截面不能夠通過內力影響線進行等效加載，需采用應力影響線進行等效加載。

在試驗荷載作用下，橋面撓度變形、墩底應變、拱肋應變、吊索索力實測值與理論計算值均大致相等，檢驗系數基本滿足相關要求，且除吊索索力外，實測值均小于理論計算值，說明該橋結構設計合理，主墩、主拱、吊桿強度、剛度滿足設計要求，說明結構處于較好的彈性工作狀態。

[1]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京：人民交通出版社,2007:519-533.

[2]建設部城市建設研究所.城市橋梁設計荷載標準[S].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[3]鮑衛剛.橋梁承臺樁基礎柔度的模擬[J].華東公路,1992（5）:16-17.

[4]交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]陳昀明,韋建剛,陳寶春.泉州百崎湖大橋靜動載試驗分析研究[J].公路工程,2009（34）5:104-108.

[6]楊勇,張俊平,李永河,梅力彪.某多跨PC連續梁橋靜動載試驗分析[J].廣州大學學報（自然科學版）,2012（11）1:58-63.