某雙曲拱橋靜力荷載試驗方法研究

■陳財煥（1.福建交通科學技術研究所；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州35004）

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某雙曲拱橋靜力荷載試驗方法研究

■陳財煥1，2
（1.福建交通科學技術研究所；2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州35004）

本文根據雙曲拱橋結構受力特點，闡明了積善橋靜載試驗測試內容和試驗測點布置方法，分析了靜載試驗撓度和應變變化情況，通過對檢測數據的整理與分析，評定該橋承載能力是否滿足設計荷載要求，為同類橋型的靜載試驗提供思路。

靜載試驗測點布置撓度應變試驗方法

1工程概況

積善橋（圖1）位于三明市將樂縣，是縣道X752洋新線的一座三級公路橋，于2006年03月加固改造后通車。橋梁全長148m，橋面寬為7.0m（車行道）+2×0.5m（欄桿）。上部結構為4×30m空腹式等截面懸鏈線混凝土雙曲拱橋，拱軸線系數為m=4.324。主拱圈由拱肋、拱波及拱板等組成，拱肋采用矩形截面，拱板為填平式。主拱圈凈矢跨比為1/8，主拱圈全寬為7.8m，主拱圈全高0.85m。每片拱肋底寬為0.30m。拱波采用圓弧拱，凈跨徑為0.95m，厚0.06m，凈矢跨比為1/3。拱上建筑由石砌橫墻和石砌腹拱圈組成。腹拱圈為半圓弧拱，跨徑為1.50m，厚0.30m。橋面鋪裝采用水泥混凝土路面。橋墩采用重力式橋墩。橋臺采用漿砌塊石U型橋臺。設計荷載為汽-20級、掛-100。

圖1　積善橋全景圖

2典型病害及成因分析

根據外觀檢測結果，積善橋主要病害有以下幾種：

（1）拱肋側面多處出現豎向裂縫，部分延伸至拱肋底面；多處拱波出現縱向裂縫；多處橫系梁出現豎向裂縫。主要因為外荷載長期超載作用等原因所致。

（2）拱波出現多處縱向滲水流白灰。主要原因為橋面鋪裝層防水層老化破損、橋面排水不良等原因所引起。

（3）拱肋多處露筋。主要原因為保護層厚度不足等原因所引起。

3靜載試驗

3.1試驗工況及測點布置

根據現場檢測條件、橋跨結構受力特點和外觀檢測結果，挑選外觀最不利跨第1跨和第2跨進行荷載試驗，各種試驗工況具體如表1所示。

表1　試驗測試內容

積善橋主要控制截面的撓度測點如圖2所示，應變測點如圖3所示。選取第1跨1-7#拱肋底部（1-7-6#橫系梁處）9條橫向裂縫延伸至拱肋兩側，最大縫寬0.18mm，進行裂縫觀測。3.2靜載試驗結果

圖2　積善橋各控制截面撓度測點布置圖（單位：cm）

圖3　積善橋各控制截面應變測點布置圖（單位：cm）

（1）荷載試驗效率

本次試驗根據該橋維修工程施工圖紙和現場實測資料，應用有限元軟件進行建模計算，橋梁模型如圖4所示。以汽-20級、掛-100活載產生的該試驗項目的最不利效應值等效換算，確定所需的試驗荷載。由表2可知，該橋的靜載試驗荷載效率滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21-2011，簡稱規程）靜力荷載效率規定要求。

表2　靜載試驗荷載效率計算一覽表

圖4　積善橋計算模型

（2）試驗車輛

本次試驗采用2輛重約35t的車輛進行等效加載，加載車輛軸重如表3所示。

表3　試驗加載車輛軸重表

（3）撓度測試結果與分析

在試驗加載工況作用下，積善橋第1跨和第2跨主拱圈截面撓度校驗系數見表4。

從表4可以看出，第1跨主拱圈拱頂截面撓度校驗系數為0.59～1.01，相對殘余撓度最大值為9.3%；第2跨主拱圈拱頂截面撓度校驗系數為0.60～1.02，相對殘余撓度最大值為10.3%，部分校驗系數大于《規程》規定值1.0，相對殘余撓度均小于《規程》規定值20%。

積善橋的實測撓度較計算理論撓度偏大，表明積善橋結構受損較嚴重，承載能力不足。相關部門應及時制定應急方案，不僅要對積善橋通行車輛噸位限載，還應制定該橋的加固改造措施。

（4）應變測試結果與分析

在試驗加載工況作用下，積善橋第1跨和第2跨的拱頂截面的應變實測值及其與理論計算值的比較如表5所示，積善橋第1跨跨中截面應變校驗系數為0.98～1.18，相對殘余應變最大值為4.8%；第2跨跨中截面應變校驗系數為0.70～1.13，相對殘余應變最大值為6.1%。各截面應變校檢系數部分大于《規程》規定值1.0，相對殘余應變均小于《規程》規定值20%。

因應變片粘貼在構件表面，則積善橋應變測試結果和撓度測試結果是相對應的。從分析結構可知，各拱肋應變實測值和撓度實測值變化趨勢基本相同，表明應變值和撓度值均可反應橋梁承載能力受損情況。

表4　各控制截面撓度實測值及其與理論計算值比較表

表5　第1跨和第2跨跨中截面應變分析表

（5）拱腳截面加載觀測結果

在工況5、工況6、工況11和工況12加載車輛作用下，0#臺和1#墩主拱圈拱腳截面處側面未發現明顯的錯位和開裂現象。

（6）裂縫觀測結果

各試驗工況作用下相應控制截面未見新裂縫產生。積善橋第1跨選取計算的裂縫位置為：第1跨1-7#拱肋（1-7-6#橫系梁處）底部有9條橫向裂縫延伸至拱肋兩側，最大縫寬0.18mm。在荷載試驗時，裂縫位置處粘貼的膠基應變片（L=100mm）測得的彈性應變和殘余應變分別為ε1=67με和Sp1=3με，則該計算裂縫寬度增量為ω1=ε1/ （100L）=67/10000mm=0.007mm，卸載后裂縫基本恢復到初始寬度。

綜上分析可知，因積善橋撓度和應變校驗系均有超過規范規定的限制，則該橋目前的承載能力不能滿足設計荷載要求。為保證橋梁結構的耐久性和安全運營，建議該橋限載通行并降低荷載等級使用。鑒于該橋承載能力不能滿足設計荷載等級要求，建議對主體結構進行維修，以滿足正常使用要求，維修期間應加強主體結構的觀測和養護。

4結束語

橋梁荷載試驗是對橋梁結構物工作狀態進行直接測試的一種鑒定手段，可直接了解橋跨結構的實際工作狀態，判斷實際承載能力，評價其在設計使用荷載下的工作性能。

本文分析了積善橋靜載試驗方法的主要試驗加載工況和撓度應變測點布置，為同類橋梁靜載試驗提供參照，通過靜載試驗撓度值和應變值的對比分析，表明應變值和撓度值均可反應橋梁承載能力受損情況。