某提籃拱橋荷載試驗研究

楊永偉

(中鐵二十三局集團第六工程有限公司，重慶 401121)

1 概述

近年來，隨著交通事業的發展，興建了大量形式各異的橋梁[1]，下承式系桿拱橋以其優異的特點被廣泛應用于現代橋梁中。通過荷載試驗可以考證橋梁的施工質量和結構受力性能，判定橋梁結構的實際承載能力，確定橋梁的實際運營狀況和使用條件，為竣工驗收、投入運營使用提供科學的依據[2]。

2 工程概況

本文以新建的某拱橋為工程背景，其為主跨138 m的提籃拱橋，主拱拱肋采用變截面鋼箱斷面，內拱截面為平行四邊形斷面。主梁為鋼箱梁，橋面為正交異性鋼橋面板。主橋立面布置圖見圖1，鋼箱梁標準斷面圖見圖2。

有限元模擬采用Midas Civil建立橋梁空間靜動力計算模型(見圖3)，按照相關橋梁設計規范規定，考慮橋梁實際運營荷載情況，對橋梁設計規范中各項指標進行核算，計算結果為制定荷載試驗詳細方案提供參考依據。

3 靜載試驗

3.1 靜載試驗工況

橋梁靜載試驗是通過直接測量橋跨結構在靜力試驗荷載作用下的變形和應力來了解結構的實際性能(如結構的剛度、強度等)，根據設計荷載等級要求在橋面布置一定數量的加載車輛，然后測量結構關鍵截面的應力和變形，掌握橋梁結構的整體變形及受力規律，了解橋梁結構的實際受力狀況和工作狀態，評定其是否滿足設計荷載等級的要求。

為檢驗實際結構受力狀況，根據理論計算的內力包絡圖，確定該橋荷載試驗項目的測試截面內容，此處選擇了4個最不利 工況分析為滿足控制截面內力(彎矩)等效原則進行布載，并使控制截面的試驗荷載效率滿足檢測規程的要求。采用了12輛350 kN的載重汽車作為試驗荷載，經過驗算，各工況荷載效率均滿足相應規范要(見表1)。

表1 荷載工況

3.2 應變測試

工況1～工況3依次選取拱角截面A、L/4截面B及拱頂截面C作為拱圈縱向變形測量，共16個點，測點布置如圖4所示。在荷載工況1～3分別作用下，應變校驗系數如圖5所示。工況4測量主梁跨中截面應變，在工況4作用下鋼箱主梁校驗系數見圖6。

在工況1～工況4作用下主要應變測點的實測應變值均小于其對應的理論計算值，應變校驗系數在0.38～0.97之間，相對殘余應變小于20%，校驗系數滿足規范的要求。

3.3 撓度測試

經過現場實測及計算，試驗截面各撓度測點的實測撓度值均小于其對應的理論計算值，撓度校驗系數在0.42～0.98之間，卸載后，各測點相對殘余撓度均小于20%，表明受檢橋跨剛度滿足設計要求。

由于篇幅限制，只列出各工況下測點的最大撓度理論與實際對比圖(見圖7)。

3.4 索力測試

吊桿是系桿拱橋中重要的組成部分，吊桿索力的測量是橋梁檢測維護中的重要環節。本次測試通過頻率法測量此橋的吊桿索力，工況3作用下各索力增量測點的實測校驗系數在0.61～0.85之間，相對殘余應變小于20%。圖8列出了此工況下的實測與計算索力增量對比圖，經測試，實測索力增量均小于計算增量。

4 動載試驗

4.1 自振頻率測試

通過對自然激勵響應測得數據模態辨識，得到結構的自振頻率和阻尼比系數，結果如表2所示。

根據結果可知，豎向彎曲頻率實測值均大于理論計算值，實測振型與計算振型基本一致，表明橋梁主體結構剛度滿足設計要求。

表2 自振頻率測試表

4.2 動載試驗結果分析

無障行車：在橋面無任何障礙的情況下，用順橋向一輛載重汽車按對稱情形，分別以10 km/h,30 km/h和50 km/h的速度駛過橋跨結構，測定橋跨結構在行車車輛荷載作用下的動力響應。

有障行車—跳車試驗：采用一輛載重汽車，測定橋跨結構在跳車荷載作用下的動應變等動力反應分別以10 km/h,30 km/h,50 km/h的速度通過設置在控制截面障礙物，通過后繼續駛出橋跨結構，測得控制截面的測點豎向響應。無障行車和有障行車對應的沖擊系數見表3。

表3 主梁沖擊系數測試值

5 結語

1)不同加載工況作用下各測試截面位變、應變測點ζ校驗系數均小于1.0。各工況卸載后控制截面的相對殘余應變和相對殘余撓度均小于20%，滿足JTG/T J21—01—2015公路橋梁荷載試驗規程的要求。測試結果與理論計算結果一致性較好，表明橋梁結構的整體受力特性和承載能力與設計計算結果基本一致。

2)該提籃拱橋無障礙行車試驗和有障礙行車試驗結果表明：橋梁測試截面跳車沖擊系數比跑車沖擊系數大，表明橋面鋪裝破損對橋跨結構的車橋動力放大效應較為明顯。

綜上所述，該提籃拱橋橋梁目前的承載能力、結構剛度、動態特性等各項主要技術性能指標滿足設計和規范要求。由于動載試驗結果表明被測橋梁在橋面鋪裝損壞情況下的沖擊系數較大，建議在橋梁運營過程中應注意對橋面鋪裝的養護，避免鋪裝損壞造成的跳車效應加大對橋梁結構的沖擊，確保橋梁使用壽命。