某三跨連續中承式鋼桁架拱橋靜載試驗研究

付書林 謝 巍

(安徽省七星工程測試有限公司，安徽 合肥 230088)

?

某三跨連續中承式鋼桁架拱橋靜載試驗研究

付書林 謝 巍

(安徽省七星工程測試有限公司，安徽 合肥 230088)

通過對某三跨連續中承式鋼桁架拱橋(80+200+80)m進行靜載試驗，將試驗過程中的應變、吊桿增量、撓度測試結果與理論值作了比較，了解了大跨徑鋼桁架拱橋的整體受力狀況，結果表明，該鋼桁架拱橋在試驗荷載作用下，結構的強度、剛度及吊桿力增量均滿足要求，橋梁整體受力性能良好。

鋼桁架拱橋,靜載試驗，撓度，偏載系數

鋼桁架拱橋廣泛運用于公路橋梁中，其外形雄偉壯觀、自重輕、跨越能力大、承載能力高以及具有剛度大，穩定性和抗震性好等優點[1，2]。通過實橋試驗了解大跨徑鋼桁架拱橋的整體受力特征，評價橋梁的承載能力，對同類型的橋梁后期運營管養、承載能力評定及設計具有參考價值。

1 工程概況

某三跨連續鋼桁架拱橋(80+200+80)m，由兩片主桁組成，主桁中心距33 m。兩片主桁的外側各有4.25 m懸臂托架支撐人行道，橋面總寬42.5 m。主跨拱圈矢高59 m，矢跨比約1/3.39。拱肋下弦拱軸線和拱肋上弦拱軸線中跨部分線形均采用二次拋物線，與邊跨上弦之間采用半徑90 m的反向圓曲線進行過渡。鋼桁拱肋跨中桁高為7 m，中支點處桁高30.02 m，邊支點處桁高為12 m。橋面采用正交異性鋼橋面板，下設“U”形縱向加勁肋，間距為0.64 m；設4道小縱梁，腹板上端與頂板焊連；在下弦節點處以及沿橋縱向每2.5 m設一道橫梁(個別節段處橫梁間距為3.0 m,2.0 m)。拱肋每兩個節間設置一橫聯，橫聯為三角形桁架形式。邊跨橫聯桁架、中跨拱肋橫聯桁架和邊墩、主墩處設有三角形桁架式橋門架均為“工”形桿件。吊索采用GJ15-19鋼絞線整體擠壓拉索。橋面橫向為雙向八車道+人行道和非機動車道布置。設計汽車荷載:城市—A級，人群荷載3.0 kN/m2。

2 靜力試驗理論分析

采用MIDAS/Civil軟件對該橋建立橋梁空間模型，進行靜載試驗分析。全橋有限元模型共劃分6 107個單元，橫梁、縱梁和拱肋3 769個梁單元，吊桿34個只受拉單元，橋面橋采用2 304個板單元。

理論分析主要是使靜載試驗效率系數ηq介于0.85～1.05之間[3]。即在試驗荷載作用下測試截面的內力或變位效應與設計和標準荷載作用下的內力或變位效應(考慮沖擊系數)比值，滿足0.85～1.05之間要求。

3 測試截面選擇及測點布置

3.1 測試截面選擇

根據鋼桁架拱橋的內力包絡圖及受力特征，選擇如下4個測試工況：1)拱腳最大負彎矩；2)拱與系桿交點最大彎矩測試；3)拱頂上弦桿最大軸力、中跨跨中橫梁最大彎矩和吊桿拉力增量測試；4)邊跨中跨中上弦桿及豎桿最大軸力測試。為了測試橋梁跨中橫向偏載效應和扭轉效應，工況3分偏載加載和中載。

根據理論分析結果，采用三軸后八輪載重汽車(前軸與中后軸間距3.5 m，兩后軸間距1.4 m，橫向軸距1.8 m)，其前軸控制在(70±5)kN以內，后軸控制在(140±5)kN以內，單車總重量控制在(350±10)kN以內。

如表1所示，各測試工況作用下，靜力效率系數均滿足文獻[3]的要求。

表1 各工況試驗荷載作用下的靜力試驗效率系數

3.2 測點布置

工況1應變測點主要布置在拱腳位置，測點編號為b1～b3；工況2應變測點主要為c1～c4測點；工況3測點主要布置在上弦桿、橫梁、系梁及吊桿位置，應變測點編號分別為e1,e2,x1～x4，控制截面變形測點主要有fg6,fq8及fm1～fm5，索力測點有DS8～DS10；工況4應變測點編號為a1～a4，變形控制測點為fq2，各支座處布置一個水平位移計和豎向位移計。測試截面橫向布置5個變形測點；拱肋縱向布置11個變形測點，系梁縱向布置15個變形測點。所有測點布置如圖1所示。

4 試驗分級加載

試驗過程中應嚴格按照加載程序進行加載，荷載的大小、截面內力的大小都應由小到大逐漸增加，并隨時做好停止加載和卸載的準備[4]。試驗前應根據加載方案用不同顏色的標志區別不同加載工況時的荷載位置。卸載時，也應根據預先安排好的位置卸載[5]。在正式加載前應采用四輛并行車輛緩慢對橋梁進行預加載，以消除結構的非彈性變形，并對設備儀器進行調試。準備工作全部完成后，按試驗荷載橫向布置圖和縱向布置圖正式分級加載測試，如圖2,圖3所示。

5 試驗結果分析

5.1 應變結果分析

各工況試驗荷載作用下，關鍵桿件應變數據分析結果如表2所示，應變校驗系數介于0.75～0.96 之間，未超出規定值1.0，表明試驗結果與理論分析結果較吻合，橋梁受力滿足設計要求。各工況卸載后的相對殘余應變值介于0.00%～15.38%之間，未超出規定值20%，表明該橋各構件的恢復性能良好，未出現不可恢復變形。

5.2 變形結果分析

在工況2～工況4試驗荷載作用下，關鍵測點的變形數據分析結果如表3所示，變形校驗系數介于0.78～0.91之間，未超出規定值1.0，在工況3偏載作用下，最大橋面變形42.62 mm，小于規范規定的L/800[6]的要求，說明該橋整體工作性能良好，剛度滿足要求。各工況卸載后的相對殘余變形值介于0.00%～13.48%之間，未超出規定值20%，表明該橋具體良好的恢復能力，橋梁處于彈性工作狀態。

根據工況2～工況4的拱肋撓度曲線和橋面撓度曲線分析可知(見圖4，圖5)，在試驗荷載作用下，橋梁的實測撓度曲線與理論撓度曲線較吻合，未出現變形突變情況，說明橋梁的整體受力狀況達到了設計要求。從工況3橫梁撓度曲線(如圖6所示)綜合分析，中跨跨中偏載效應較明顯。綜合應變和變形數據分析，偏載系數達到1.25。

表2 各工況關鍵測點應變結果分析

表3 各工況試驗荷載作用下關鍵測點變形結果分析

5.3 吊桿力增量分析

工況3偏載作用下，采用振動法和磁通量兩種方法對吊桿力進行測試，吊桿索力增量偏差率在-3.85%～3.98%之間，均在±10%以內，滿足規范要求[7]。說明吊桿實際受力情況與理論受力情況基本一致，表明吊桿工作狀態滿足設計要求。

6 結語

通過對該橋靜載試驗與結果分析可知:

1)各工況在試驗荷載作用下，測試截面的變形和應變校驗系數均小于1，說明該橋的剛度、強度滿足設計要求；相對殘余應變和變形均小于20%，說明橋梁處于彈性工作狀態，未出現不能恢復的變形；

2)在工況3偏載作用下，中跨跨中附近三根吊桿的拉力增量與理論模型吻合度良好，說明吊桿的工作狀態滿足要求；

3)在各工況作用下，從拱肋縱向撓度曲線、橋面縱向撓度曲線以及橫梁撓度曲線可以看出，試驗荷載作用下的撓度曲線與理論曲線較吻合，未出現明確的突變，說明該橋的整體受力性能良好。通過各工況數據分析，中跨跨中偏載較明顯，偏載系數達到1.25，理論分析時應引起重視。

[1] 周紅軍，萬衛紅.大跨徑鋼桁架拱橋靜載試驗研究[J].鐵道建筑，2013(4)：17-19.

[2] 方明霽，孫海濤.大跨度鋼桁架拱橋的極限承載力研究[J].世界橋梁，2010(4):35-38.

[3] JTG/T J21—0—2015，公路橋梁荷載試驗規程[S].

[4] 張宇峰,朱曉文.橋梁工程試驗檢測技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2009：354-355.

[5] 宋一凡.橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京：人民交通出版社，2002：4-5.

[6] JTG/T D65—06—2015，公路鋼管混凝土拱橋設計規范[S].

[7] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力評定規程[S].

Study on static load test of a three span continuous steel truss arch bridge

Fu Shulin Xie Wei

(Anhui7-StarEngineeringTestCo.,Ltd,Hefei230088,China)

The static load test of a three span continuous steel truss arch bridge(80+200+80)m was carried out, in the process of the strain, the increment of the suspender and the deflection test results are compared with the theoretical value. The analysis results show that the strength and stiffness of the steel truss arch bridge under the test load. And the increment of the suspender force meet the requirements, and the whole bridge has good mechanical properties.

steel truss arch bridge, static load test, deflection, partial load factor

1009-6825(2017)06-0182-03

2016-12-03

付書林(1984- )，男，碩士，工程師

U448.22

A