拱梁組合體系橋梁靜力與動力荷載試驗分析研究

臺州市路橋區公路管理局 浙江臺州 318000

摘要：靜載試驗與動載試驗是檢測橋梁承載能力的常用方法。拱梁組合體系橋梁受力復雜，為了檢測此類橋梁的承載能力能否到達規范要求，在此對工程實例進行荷載試驗分析；分析結果體現了橋梁的主要性能指標。

關鍵詞：拱梁組合體系；靜載實驗；動載實驗

1橋梁概況

某大橋為拱梁組合體系橋梁，跨徑為：114m，橋寬50.6m。下部結構為墻式橋墩和直壁式橋臺。道路等級：一級公路；荷載標準：公路—Ⅰ級；橋梁寬度：2*0.3m（人行道欄桿）+2*4.5m（人行道）+2*15.8m（機動車道）+2*0.5m（防撞護欄）+8.4m（中央分隔帶）=50.6m，大橋結構形式如圖1所示。

圖 1主橋結構形式

2靜載試驗分析研究

2.1試驗內容及目的

（1）掌握大橋重要部位在設計荷載以及車載作用條件下的應變情況[1]；

（2）實測控制截面的應變分辨規律以及荷載作用下的橋梁變形情況，判斷現階段的實際承載力是否滿足設計要求；

2.2工況設置

試驗依據：靜載試驗目的是檢驗結構的承載能力是否達到設計要求。根據《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》中的規定，靜力試驗荷載的效率系數η的取值范圍為

1.05≥η≥0.95

這里 η=S stat/（S×（1+μ））

式中：S stat ──靜載試驗荷載作用下控制截面內力計算值；

S ──控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值，對于本橋而言，其值取自公路I級活載內力的最不利值；

在內力分析和截面應變計算的過程中[2]，荷載都按實際的軸距、輪距和車重取值的。加載車如圖2所示。

圖2 加載車類型

該橋測試跨為邊跨和中跨。具體斷面如下圖。

圖3 大橋測試斷面

與試驗內容對應，共分為4種工況，其一是按中跨跨中（S1斷面）最不利正彎矩布載（中載）；其二是中跨跨中（S1斷面）最不利正彎矩布載（偏載）；其三是中支點（S2斷面）最不利負彎矩布載（中載）；其四是中支點（S2斷面）最不利負彎矩布載（偏載）。

2.測點布置

通過對該橋主要承重結構細致的理論分析和計算[3]，確定各測試截面和測點布置。截面位置處設置五個應變測點和兩個標高測點，在橋梁中心線上分別是左跨L/2，中跨L/4，L/2，L3/4，右跨L/2上，設置五個縱向應變測點。

2.3靜載試驗結果及分析

2.31加載效率

靜載試驗各工況最終加載效率值η見表1：

表格1 靜載試驗各工況加載效率

工況名稱實際汽車加載內力kN·m（kN）理論荷載內力kN·m（kN）荷載效率

工況一、二S1斷面最不利正彎矩（中、偏載）2009.51970.11.02

工況三、四S2斷面最不利正彎矩（中、偏載）5590.25426.381.03

由上表可知，該橋4種工況加載效率均達到0.95≤η<1.05，符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規定，表明該橋試驗加載有效。

2.3.2結果分析

為了確保結構分析的準確性和可靠性，采用橋梁結構軟件計算出試驗橋在試驗荷載作用下的應力和變形，由此計算出的應力值和撓度值均具有相當高的準確性。

圖4 大橋主橋計算模型

測點布置圖如下：

其中a1～a5為應力測點，b1-b2為標高測點。

各工況應變計算及結果分析如下：

工況一中跨跨中（S1斷面）最不利正彎矩中載的檢驗系數為0.68；工況二是中跨跨中（S1斷面）最不利正彎矩偏載的檢驗系數為0.73；工況三是中支點（S2斷面）最不利負彎矩中載的檢驗系數為0.68；工況四是中支點（S2斷面）最不利負彎矩偏載的檢驗系數為0.65；絕大部分測點及各個工況應變校驗系數均值均明顯低于《大跨經混凝土橋梁的試驗方法》中所規定的1.05的上限，說明測試斷面強度滿足設計要求，并具有足夠的安全儲備[4]。

3動載試驗

本橋動載試驗理論計算，采用有限元程序進行計算分析。計算結果如下圖5所示，從左到右分別為主橋的前三階陣形，