加固后的在役高原鋼筋混凝土拱橋動力測試分析評價研究

王弘杰　口宏濤

【摘 要】隨著我國國民經(jīng)濟的不斷提高，基礎建設投入越來越大。我國的公路橋梁建設數(shù)量已超過80萬座，高鐵橋梁累計超過1萬公里。越來越多的在役橋梁已經(jīng)達到或超過其設計服役期，加之通行車輛標準的提高。部分橋梁已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行的通行承載能力和安全要求。因此，需要對不滿足使用要求的橋梁進行加固維修，以保證橋梁使用的安全。本文以加固后的高原地區(qū)扎曲河上承式鋼筋混凝土拱橋動力測試分析為基礎，研究了該橋加固后的動力參數(shù)，為加固后的橋梁使用和養(yǎng)護提供參考依據(jù)。

【關鍵詞】在役橋梁;高原地區(qū);鋼筋混凝土拱橋;加固維修;動力測試

中圖分類號： U441.3;U448.221文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）35-0233-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.114

Study on Dynamic Test Analysis and Evaluation of Reinforced Concrete Arch Bridge in

Service on Plateau after Reinforcement

WANG Hong-jie KOU Hong-tao

（Gansu Jiaoda Engineering Testing Technology Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730070，China）

【Abstract】With the continuous improvement of China's national economy，investment in infrastructure is increasing. The number of highway bridges in China has exceeded 800，000，and the total number of high-speed railway bridges has exceeded 10，000 kilometers.More and more bridges in service have reached or exceeded their designed service life， together with the improvement of the standard of traffic vehicles.Some bridges have been unable to meet the current carrying capacity and safety requirements.Therefore，it is necessary to reinforce and repair bridges that do not meet the requirements of use in order to ensure the safety of bridge use.Based on the dynamic test and analysis of Zhaqu River deck reinforced concrete arch bridge in plateau area after reinforcement，the dynamic parameters of the bridge after reinforcement are studied，which can provide reference for the use and maintenance of the bridge after reinforcement.

【Key words】Existing bridge;Plateau area;Reinforced concrete arch bridge;Reinforcement and maintenance;Dynamic test

0 引言

扎曲河上承式鋼筋混凝土拱橋位于青海省玉樹州雜多縣城內，聯(lián)系雜多縣城扎曲河兩岸。雜多縣地處唐古拉山北麓，地勢西高東低，平均海拔4200米以上。該橋修建年代為上世紀70年代。該橋主結構為3×35米上承式鋼筋混凝土拱橋，橋面連續(xù)，截面由4幅矩形拱肋組成，下部結構采用重力式墩臺，應為鉆孔灌注樁基礎。2014年對該橋進行了維修加固。

為評估扎曲河上承式鋼筋混凝土拱橋維修、加固后效果和橋梁的加固設計承載能力，特對維修加固后的橋梁進行現(xiàn)場的檢測試驗和評估。

1 測試截面及測點布置

根據(jù)拱橋的計算理論，從結構整體受力來看，在跨中處拱肋與系梁的距離最大，拱的軸向壓力與梁的軸向拉力組合為最佳的受力方式，使拱肋和梁內的彎矩大大減小。而在剪力較大的支點處，拱軸線與水平方向的傾角最大，拱肋內軸向壓力的豎向分力有效地平衡了支點剪力。由于拱軸線基本符合簡支梁彎矩包絡圖，因此該拱橋的結構內力主要表現(xiàn)為拱肋中的軸向壓力和系梁中的軸向拉力，彎矩和剪力則主要是節(jié)間荷載，即系梁范圍內影響，均為小量。該拱橋是一種上承式的鋼筋混凝土拱橋，其具有典型拱橋的特點，與通常的拱橋和梁橋相比，具有強度高，結構受力合理，用料省，施工方法多，造型美觀等方面的優(yōu)勢，是一種具有民族特色的傳統(tǒng)橋梁結構形式。

按照梁格分析理論，建立全橋有限元分析模型。首先確定橋跨典型截面的影響線，再按照動態(tài)規(guī)劃法分別計算設計荷載作用下典型截面的最大內力，從而確定發(fā)生最大反應的截面位置。經(jīng)計算，確定該橋檢測截面A-A位置見圖1所示。

圖1 檢測截面位置示意圖（單位：cm）

振動測點布置? 在橋跨A-A截面處橋面上布設3個振動器（其中：1個豎向、1個橫橋向、1個縱橋向），總計3個振動器，見圖2所示。

圖2 截面測點布置圖

2 激振方式

動載試驗的目的是為了測定橋跨結構的自振頻率、結構阻尼、車輛沖擊系數(shù)，按照有關文獻，動載試驗效率系數(shù)宜取為1.00，但由于單輛試驗車難于使動載試驗效率系數(shù)=1.00，而多輛車時車間距又難于控制，同時，試驗用車輛的車況一般較差，極限行使速度較低，因而，為保證行車速度，動載試驗車輛重量不宜太大，為保證可以使橋梁產生激振反應，動載試驗車輛重量也不宜過小。根據(jù)該橋的結構構造及跨度特點，動載試驗車輛重量選用390kN。

3 實體空間分析

根據(jù)青海省州雜多縣扎曲河上承式拱橋構造特點，采用實體單元對其進行理論分析，計算采用大型結構分析商用程序ANSYS完成，見圖3所示。

圖3 扎曲河上承式拱橋有限元模型

4 動力特性理論分析結果

按照實體有限元模型，計算了青海省州雜多縣扎曲河上承式鋼筋混凝土拱橋的自由振動特性，圖4～圖7示出了前5階振型及與此對應的頻率，如表1所示。

表1? 青海省雜多縣扎曲河上承式鋼筋混凝土

拱橋自振特性

圖4 扎曲河上承式拱橋理論計算第一階振型

圖5 扎曲河上承式拱橋模態(tài)分析第二階振型

圖6 扎曲河上承式拱橋模態(tài)分析第三階振型

圖7 扎曲河上承式拱橋模態(tài)分析第四階振型

5 實測結果分析

橋梁結構的動載試驗測試了橋跨的固有動力特性與車輛荷載作用下的動力反應，有關結果如表2所示。

表2 青海省雜多縣上承式鋼筋混凝土拱橋梁

自振特性及評價

實測各橋跨的動應變曲線和動位移曲線見圖8～圖9所示。通過對測點動應變與動位移時程曲線的分析，推得了受測橋跨的荷載沖擊系數(shù)，測試分析結果如表3所示。

圖8 中跨跳車動態(tài)應變曲線

圖9 中跨跳車動態(tài)位移曲線

表3 試驗橋跨沖擊系數(shù)（1+μ）表

6 結論

1）根據(jù)橋梁結構對稱的特點，在橋梁結構一側邊跨和中跨的測試截面放置豎向、橫向和縱向傳感器，測試了橋跨結構在不同車輛行進條件下的結構振動反應，通過對所記錄的振動時程反應曲線的整理分析，得到結構自由振動的基本性態(tài)。

2）實測結構自振振型與理論計算振型一致、實測結構自振頻率大于理論計算頻率，表明實際結構的動力剛度大于理論設計值，橋跨結構動力性能良好;結構阻尼系數(shù)正常。

3）實測橋跨的沖擊系數(shù)小于規(guī)范限值，表明橋跨結構在動載作用下的沖擊系數(shù)較好，橋面平順，沖擊系數(shù)對結構的正常使用無不利的影響。

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