大跨度鋼管混凝土桁架拱橋靜載試驗研究

向程龍 何 莉

(貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽 550008)

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大跨度鋼管混凝土桁架拱橋靜載試驗研究

向程龍 何 莉

(貴州交通職業技術學院，貴州 貴陽 550008)

以某大跨度鋼管混凝土桁架拱橋為例，詳述了鋼管混凝土桁架拱橋的靜載試驗方案，并結合有限元模型的理論計算,對比分析了典型試驗荷載工況下主拱變位和控制截面應力狀態,結果表明結構的剛度和強度滿足設計要求，為該橋的竣工驗收和后期運營管養提供了依據。

桁架拱橋，靜載試驗，應力，撓度

0 引言

鋼管混凝土桁架拱橋具有造型優美、鋼管骨架剛度大、承載力高、抗震性能優越等特點，在我國得到了廣泛的應用和迅速發展，但其受力特性及空間橫向分布復雜，成橋后往往需通過荷載試驗對橋梁的整體性能和承載能力進行評價，為橋梁竣工驗收及后期管養提供依據。

1 工程概況

該橋主橋為上承式鋼管混凝土桁架拱。大橋主拱采用變截面懸鏈線無鉸拱，計算跨徑268 m，計算矢高53.6 m，矢跨比1/5，拱軸系數m=1.5。拱肋為等寬變高度的空間桁架結構，拱腳截面高度9 m，拱頂截面高度為5 m。兩片肋間距12.5 m(中—中)，一片拱肋橫向寬度4.5 m。全橋在兩片拱肋間設10道X撐、12道橫撐，均為空鋼管桁架。汽車荷載等級：公路—Ⅰ級、設計車速：80 km/h。大橋總體布置見圖1，圖2為主拱標準節段斷面。

2 計算分析模型

本次試驗理論分析采用大型專業有限元軟件MIDAS/CIVIL，全橋各構件均采用梁單元進行模擬，主拱的上、下弦桿及與鉸相接處斜腹桿采用鋼管形—混凝截面，其余腹桿、剪力撐、橫撐平聯桿等采用鋼管截面。拱腳處約束為固定約束，橋面板支座考慮橡膠支座的豎向抗壓剛度和剪切剛度來模擬。主橋計算模型如圖3所示。

3 測試控制斷面及測點布置

根據結構計算分析結果，結合試驗橋梁的受力特點，靜載試驗共布置8個主拱變形測試斷面(3，5，7，10，11，14，16，18號立柱對應主拱截面處)，每個測試斷面布置兩個變形測點，分別位于左、右幅外側上弦桿處；共布置4個應力測試截面(拱腳，1/4，3/8和拱頂)，每個測試斷面布置16個測點，分別位于控制截面上、下弦桿處(如圖4所示)。

4 試驗工況及測試內容

根據主拱桁架最不利受力原則及代表性原則，以主拱拱腳、1/4，3/8和拱頂為控制截面，并以各控制截面上、下弦桿最大軸力控制加載效率，測試各加載工況下主拱變形及對應加載截面各弦桿應力。為與設計荷載相匹配，試驗采用30 t重三軸載重汽車進行加載。試驗時按實車計算各軸重，在試驗斷面影響線上按弦桿軸力等效的原則布載，典型試驗工況及測試內容如表1所示。

5 靜載試驗結果及分析

5.1 變形測試結果及分析

工況1、工況7滿載作用下主拱變形測試結果如圖5，圖6所示。

工況1滿載作用下，主拱最大變形實測彈性變形值為15.9 mm，小于規范限值，各測點變形校驗系數介于0.75～0.94之間，結構整體剛度大于理論剛度，滿足設計要求。卸載后各變形測點相對殘余變形介于-9.6%～9.3%之間，小于20%，說明結構處于良好的彈性工作狀態。

表1 典型試驗工況及測試內容

工況7滿載作用下，主拱最大實測彈性變形值為20.4 mm，小于規范限值，滿載時測點變形校驗系數介于0.78～0.91之間，結構整體剛度大于理論剛度，滿足設計要求。卸載后各變形測點相對殘余變形介于-12.5%～8.7%之間，小于20%。說明結構處于良好的彈性工作狀態。

5.2 應力測試結果及分析

工況1、工況7滿載作用下，拱腳截面(A截面)、拱頂截面(D截面)上、下弦桿實測應變值如圖7，圖8所示。

工況1滿載時A截面測點應變校驗系數介于0.76～0.92之間，截面的實際強度大于理論強度，結構強度滿足設計要求。卸載后A截面主要應變測點的相對殘余應變小于20%，結構處于良好的彈性工作狀態。上、下弦桿測點的實測應變分布與理論應變分布曲線變化規律一致，結構的橫向聯系及整體工作性能與設計較接近。

工況7滿載時D截面測點應變校驗系數介于0.79～0.97之間，截面的實際強度大于理論強度，符合設計要求。卸載后D截面主要應變測點的相對殘余應變小于20%，結構處于良好的彈性工作狀態。上、下弦桿測點的實測應變分布與理論應變分布曲線變化規律一致，結構的橫向聯系及整體工作性能與設計較接近。

6 結語

試驗橋跨結構經歷了荷載效率0.83～1.05的靜力試驗加載，試驗加載過程中未出現異常現象。試驗過程中，主拱應力、變形增量的測試結果均在正常范圍內，校驗系數均小于1，卸載后的殘余應變較小，測試結果表明結構強度、剛度滿足設計及規范要求，主橋結構處于彈性受力狀態，承載能力滿足設計要求。

[1] 張開銀.鋼管混凝土拱橋承載能力評估[J].交通科技，2007(3)：11-12.

[2] 武 勇.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋主橋荷載驗收試驗研究[J].橋梁建設，2010(1)：11-16.

[3] JTG D60—2004，公路橋涵設計通用規范[S].

[4] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力評定規程[S].

On static test of large-span steel pipe concrete truss arch bridges

Xiang Chenglong He Li

(GuizhouCommunicationsVocationalCollege,Guiyang550008,China)

Taking some large-span steel pipe concrete truss arch bridge as an example, the paper illustrates the static test scheme for the steel pipe concrete truss arch bridge, compares and analyzes the main arch displacement and controlled section stress status under typical tested loading circumstances by combining with the theoretic calculation of the finite element model, proves by the result that the stiffness and strength can meet the demands of the design, so as to provide some reference for the complete acceptance and operation maintenance in later periods.

truss arch, static test, stress, deflection

1009-6825(2016)18-0182-02

2016-04-13

向程龍(1988- )，男，助理工程師； 何 莉(1989- )，女，講師

U446.1

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