剛架拱橋加固后荷載試驗分析

李亞利，魏建華

(1.中交遠洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050035；2.河北交通職業技術學院，河北 石家莊 050051)

0 前 言

橋梁加固就是對橋梁的主要承重結構、構件及其相關部分采取增強、局部更換、調整其內力等措施，使其滿足現行設計規范要求[1]。橋梁加固主要有粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材料加固法、體外預應力法、增大截面加固法等方法。而橋梁的加固效果即橋梁結構的正常使用狀態和承載能力是否符合設計要求，則需要通過荷載試驗來檢驗。橋梁荷載試驗是通過施加荷載的方式對橋梁結構或構件的靜、動力特性進行現場試驗測試，包括靜載試驗和動載試驗[2]。

1 橋梁概況

某橋橋型結構為一跨鋼筋混凝土(預制)剛架拱，現澆拱座橋臺。剛架拱凈跨60m，橋全長91.066m。橋面距溝底高差約60m。橋面寬度：0.25m(護欄)+1.5m(人行道)+9.0m(車行道)+1.5m(人行道)+0.25m(護欄)，總寬12.5m。橋梁于1995年4月建成通車。橋面為水泥混凝土鋪裝，預制混凝土梁柱式護欄，兩側橋臺各設置1道鋼板伸縮縫。排水系統的組成為橋面排水孔+鑄鐵導流管，該橋無照明設施。橋梁設計活載為汽車-超20、掛車-120，人群荷載取值3kN/m2。結構主要材料：剛架拱片、微彎板、橋面鋪裝及橫系梁均采用50號混凝土，橋頭引道路面、拱座采用25號混凝土，拱座基礎采用15號混凝土；橋臺身采用10號砂漿砌片石，其外部10號砂漿砌40號粗料石鑲面；剛架拱片及橫系梁中的主筋采用Ⅱ級鋼筋，其他鋼筋均采用Ⅰ級鋼筋。橋梁立面、橫斷面如圖1所示。

剛架拱橋總體技術狀況評定等級為3類，上部結構技術狀況為3類，根據《公路橋涵養護規范》(JTGH11—2004)的養護對策，對該橋進行中修處理。橋梁運行時間較長，主要構件出現了受力裂縫，橋梁在車輛經過時振動幅度較大，故對剛架拱片進行加固處理，增強橋梁結構剛度，同時限制重載車通行。橋梁加固設計以滿足原設計荷載標準為依據，采取的加固措施主要為：①對橋臺、拱片、橫系梁、微彎板的混凝土裂縫進行封閉處理，縫寬小于0.2mm的裂縫采用環氧膠泥表面封閉，縫寬大于等于0.2mm的裂縫采用壓注環氧樹脂膠液處理；②拱肋、拱腳與斜撐構件的受力較大部位采用粘貼鋼板加固。

圖1 剛架拱橋立面、橫斷面示意圖(單位：cm)

2 橋梁靜載試驗分析

2.1 靜載試驗實施

1)靜載試驗效率系數。靜載試驗效率系數是某一控制截面的試驗荷載作用下的計算效應與該截面設計控制效應的比值，宜為0.95～1.05[3]。加固后試驗荷載按原設計荷載選定，采用等效荷載加載，等效荷載采用四輛單車重約340kN的三軸載重汽車，荷載試驗效率系數為1.02。加載車輛的前中軸距為3.5m、中后軸距為1.4m、橫向輪距為1.8m。

2)測試位置及工況。剛架拱橋荷載試驗的主要測試位置和工況，橫橋向分為偏心加載和對稱加載，順橋向為跨中截面最大正彎矩位置(A-A斷面)和拱腿頂截面最大負彎矩位置(B-B斷面)。4個測試工況如表1所示。各工況測試內容均為應變和撓度。測試斷面位置示意見圖2，撓度測點布置如圖3所示。

表1 測試斷面工況表

圖2 測試斷面位置示意圖(單位：cm)

圖3 撓度測點布置示意圖(單位：cm)

2.2 靜載試驗結果

此次僅對橋梁加固后的主要測點的撓度數據進行比較分析。橋梁跨中最大正彎矩斷面各點撓度結果如表2所示，橋梁拱腿頂最大負彎矩斷面各點撓度結果如表3所示。

表2 跨中最大正彎矩斷面主要測點撓度結果表

表3 拱腿頂最大負彎矩斷面主要測點撓度結果表

通過測試結果可以看出。

1)在跨中主梁最大正彎矩試驗荷載偏心作用下，橋面跨中測試斷面測點撓度校驗系數在0.66～0.72，均小于1.00；在跨中主梁最大正彎矩試驗荷載對稱作用下，橋面跨中測試斷面測點撓度校驗系數在0.67～0.72，均小于1.00。

2)在拱腿頂主梁最大負彎矩試驗荷載偏心作用下，橋面拱腿頂測試斷面測點撓度校驗系數在0.61～0.69，均小于1.00；在拱腿頂主梁最大負彎矩試驗荷載對稱作用下，橋面拱腿頂測試斷面測點撓度校驗系數在0.58～0.72，均小于1.00。結構在試驗荷載下，橋梁的剛度能滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/TJ21-01—2015)的要求。

3)在試驗荷載作用下，跨中測試斷面測點相對殘余位移(殘余撓度值與量測的總撓度值的比值)最大值為5.44%，拱腿頂測試斷面測點相對殘余位移(殘余位移值與量測的總位移值的比值)最大值為6.72%，均小于20%，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/TJ21-01—2015)的相關要求。

4)在試驗加載過程中，橋梁結構未出現異常變形、響動、失穩、扭曲、晃動等異常現象。加載過程中，未發現由試驗荷載作用產生的裂縫。

綜上所述，加固后橋梁的剛度能滿足《公路橋梁荷載試驗規程》(JTG/TJ21-01—2015)的要求。

3 橋梁動載試驗分析

橋梁自振頻率測試時采用環境隨機激振法(脈動法)。自振頻率測點布置在L/4、跨中、3L/4位置。采用MidasCivil軟件計算剛架拱橋理論自振頻率，計算模型如圖4所示。結構豎向振動測試分析結果如表4所示。

圖4 剛架拱橋1階理論振型圖

表4 剛架拱橋自振頻率結果表

通過測試結果可以看出：該橋實測自振頻率大于理論計算自振頻率，可以滿足結構正常使用功能，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTGTJ21—2011)中第5.9.2條，該橋自振頻率評定標度為1，橋梁工作狀況良好。

4 結 語

本次對加固后的剛架拱橋進行荷載試驗，通過靜載試驗結果可得出橋梁粘鋼加固后的承載能力滿足原設計荷載(汽車-超20級，掛車-120)正常使用的要求，通過動載試驗結果可得出橋梁上部結構自振頻率評定標度為1，橋梁工作狀況良好。因此，粘鋼加固可以有效地提高橋梁的承載能力，荷載試驗結果可為同類型橋梁的加固設計提供技術依據，為其他類型橋梁的加固提供參考。

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