啞鈴型鋼管混凝土拱橋靜動力性能試驗研究

張 瑞 琦

(同濟大學，上海 200092)

啞鈴型鋼管混凝土拱橋靜動力性能試驗研究

張 瑞 琦

(同濟大學，上海 200092)

對啞鈴型鋼管混凝土拱橋的靜動力性能進行了試驗研究，闡述了靜載試驗與動載試驗的測試內容，測點布置與加載位置，并分析了試驗結果，得出了一些有價值的結論。

靜載試驗，測試，位移，動載試驗

1 項目概況

此啞鈴型鋼管混凝土拱橋位于浙江省建德市，常水位江面寬度為300 m，相應水深5 m。大橋主橋為三孔不等跨中承式鋼管混凝土拱橋，跨徑為84 m+120 m+84 m。中跨拱肋高2 m，由兩根直徑為80 cm的鋼管組成鋼管混凝土拱肋；兩個邊跨的鋼管混凝土拱肋高1.8 m，由兩根直徑為75 cm的鋼管組合而成。拱肋鋼管內填40號微膨脹混凝土。拱橋橋面采用鋼筋混凝土空心板，施工時先簡支后連續。空心板支于鋼筋混凝土橫梁上。橫梁與拱肋間由110-φs5高強碳素鋼絲束吊桿連結。主橋水中兩個橋墩采用重力式基礎，兩岸橋臺采用鋼筋混凝土沉井。

2 靜載試驗

2.1 測試內容與測點布置

根據系桿拱橋的受力特點以及現場測試工作的條件，擬定的靜載試驗測試內容包括：北邊跨拱腳(S1)、四分點(S3)及拱頂(S2)斷面鋼管應力；中跨拱腳(S4)、四分點(S5)及拱頂(S6)斷面鋼管應力；部分吊桿活載拉力；拱橋拱肋豎向變形。測試斷面、內力測試吊桿位置及斷面測點布置見圖1。

2.2 加載位置

本次荷載試驗共分八個工況，工況一～工況八分別為邊跨拱腳S1斷面負彎矩、邊跨拱頂S2斷面正彎矩、邊跨拱肋3/4點S3斷面正彎矩、邊跨拱肋3/4點S3斷面負彎矩、中跨拱腳S4斷面負彎矩、中跨拱肋1/4點S5斷面正彎矩、中跨拱肋1/4點S5斷面負彎矩、中跨拱頂S6斷面正彎矩。典型加載工況車輛布載位置見圖2。計算得到各截面的加載效率均在0.87～1.05，滿足要求。

2.3 撓度試驗結果及分析

試驗中測試了邊拱拱頂、四分點在邊拱各加載工況下的撓度以及中拱拱頂、四分點在中拱各加載工況下的撓度。表1中給出了試驗中邊拱拱肋各撓度測點在工況二、工況三與工況四下的撓度值及撓度校驗系數，中拱拱肋各撓度測點在工況六、工況七及工況八下的撓度值及撓度校驗系數。

表1 拱肋撓度實測值與計算值比較

mm

經計算得到各測點的豎向撓度的校驗系數為0.72～1.04。在邊跨拱頂正彎矩加載工況中，跨中撓度為1.9 mm，小于理論計算值2.5 mm，撓度校驗系數為0.76；在邊跨拱肋3/4點正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為7.3 mm，小于理論計算值8.0 mm，撓度校驗系數為0.91；在邊跨拱肋3/4點負彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為-6.0 mm，小于理論計算值-6.4 mm，撓度校驗系數為0.94。 在中跨拱頂正彎矩加載工況中，跨中撓度為9.2 mm，略大于理論計算值8.8 mm，撓度校驗系數為1.04；在中跨拱肋1/4點正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為21.5 mm，小于理論計算值22.1 mm，撓度校驗系數為0.97；在中跨拱肋1/4點正彎矩加載中，拱肋3/4處撓度為-15.8 mm，小于理論計算值-16.1 mm，撓度校驗系數為0.98。結果說明實際結構剛度滿足設計及規范要求。

2.4 控制截面應力試驗結果及分析

試驗測試了中拱和邊拱的拱腳、拱頂及四分點在對應工況下的實測應力及理論應力值分布情況，見表2。

表2 應力實測值與計算值比較

實測該橋邊跨、中跨跨中拱頂負應力分別為-6.45 MPa和-11.33 MPa，與理論計算值-6．62 MPa和-1.40 MPa相接近；實測邊跨拱肋3/4點正應力和負應力為9.04 MPa和-9.85 MPa，小于理論計算值9.84 MPa和-11．06 MPa；實測中跨拱肋1/4點正應力和負應力為12.57 MPa和-16.47 MPa，接近理論計算值14.33 MPa和-16.16 MPa；實測邊跨拱腳斷面正應力和負應力為7.56 MPa和-7.65 MPa，小于理論計算值11.42 MPa和-7.95 MPa；實測中跨拱腳斷面正應力和負應力為19.01 MPa和-21.25 MPa，小于理論計算值22.20 MPa和-25.99 MPa。

所有控制截面應力校驗系數為0.63～1.02。在最不利荷載作用下，各控制截面的應變校驗系數滿足《大跨度混凝土橋梁試驗方法》3.19.2條款的規定，校驗系數為0.6～1.1，說明結構具有一定的應力儲備。

2.5 吊桿索力增量測試

實測得到邊拱拱頂正彎矩工況下，邊拱4號、5號、6號吊桿的索力增量最大值分別為74 kN，68 kN和30 kN，而理論計算得到的索力增量分別為82 kN，70 kN和32 kN，校驗系數分別為0.90，0.97和0.94。中拱拱頂正彎矩工況下，中拱7號、8號、9號吊桿的索力增量最大值分別為82 kN，74 kN和45 kN，而理論計算得到的索力增量分別為85 kN，73 kN和48 kN，校驗系數分別為0.96，1.01和0.94。吊桿增量校驗系數在0.90～1.01，均屬于正常范圍。

3 動載試驗

橋面振動響應測定主要獲得大橋在車輛激勵下的橋面振動大小的定量描述。試驗采用四輛載重車(車輛總重量與靜載試驗車輛重量相同)，分兩組以10 km/h，30 km/h的車速勻速駛過橋面，記錄所有測點的加速度時程信號。試驗時，在全橋中跨和北邊跨兩跨跨中位置布置4個豎向測點，具體測點布置及測點編號如圖3所示。

圖4為橋面典型測試部位的振動信號加速度幅值圖。實測信號的幅域分析可以得知：車輛激勵下，邊跨最大實測豎向振動加速度幅值約16.89 cm/s2，此時車輛激勵為30 km/h；橋面豎向振動加速度有效值(RMS)為1.95，小于2 cm/s2。中跨最大實測豎向振動加速度幅值約16.06 cm/s2，此時車輛激勵為30 km/h；橋面豎向振動加速度有效值(RMS)為1.90，小于2 cm/s2。此橋在車輛激勵下的振動強度與其他許多橋梁的振動水平相近，屬正常水平。

4 結語

1)靜載試驗測定的主要截面撓度校驗系數在規定范圍內，說明結構實際剛度滿足設計要求。

2)靜載試驗荷載下，拱肋控制截面實測應力校驗系數在合理范圍內，吊桿內力增量校驗系數在0.90～1.01，均屬于正常范圍。說明此大橋結構受力合理，具有承受原設計荷載的強度。

3)車輛激勵下的橋面振動強度屬正常水平，表明實際結構的動力剛度較好，滿足正常使用要求。

[1] JTG D60-2004，公路橋梁設計基本規范[S]．

[2] 范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 戴澤濤，張春鳳.橋梁靜動載試驗的方法研究[J].城市建設理論研究,2011(21):2-5．

Experimental research on static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge

ZHANG Rui-qi

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The paper tests and studies the static and dynamic performance of dumbbell-shaped steel-tube concrete arch bridge, describes static and dynamic load testing contents, testing points distribution and uploading position, and then analyzes testing results, and finally draws some valuable conclusions.

static load test, test, displacement, dynamic load test

1009-6825(2014)11-0185-02

2014-02-08

張瑞琦(1988- )，男，在讀碩士

U448.22

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