某中承式系杆拱桥静荷载试验与分析-中国期刊网

（整期优先）网络出版时间：2023-11-20

作者: 冯伯平黄明辉

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某中承式系杆拱桥静荷载试验与分析

冯伯平黄明辉

（广东荣骏建设工程检测股份有限公司，广东广州 511495）

摘要：以某主跨为210m的中承式系杆拱桥为例，建立了该桥三维杆系的有限元分析模型，开展了实桥的静荷载试验。对该桥试验数据汇总的结果进行分析整理，验证该桥的强度、刚度和工作性能等承载能力指标是否满足设计要求，为该类桥梁竣工验收，投入正常运营提供技术依据，可为同类桥梁的静荷载试验提供参考。

关键词：中承式系杆拱桥；静荷载试验；有限元分析

0 前言

拱桥是桥梁体系中最古老、应用最广的结构形式，具有经济适用、造型美观、承载潜力大等技术经济优势，得到了广泛的应用，据统计，占有已建成桥梁总数的10%左右。中承式系杆拱桥是梁与拱的组合结构，是一种内部超静定、外部静定的结构体系，其受力体系合理，不仅具有拱桥的较大跨越能力，同时具备地基适应能力强的特点。为了验证桥梁结构设计的合理性和工作性能、检验桥梁工程质量，确保桥梁运营的可靠性，为工程竣工验收和以后桥梁科学养护、日常管理提供依据，对新建桥梁进行荷载试验是非常必要的。本文以一座主桥跨径组合为38m+50m+210m+50m+38m的中承式系杆拱桥的验收荷载试验为背景，研究了中承式系杆拱桥静荷载试验的主要内容和方法。

1 工程概况

某主桥跨径组合为38m+50m+210m+50m+38m的中承式系杆拱桥，主拱采用钢箱拱和混凝土拱肋的混合形式，桥面以上拱肋为钢箱结构，桥面以下拱肋为混凝土结构。次边跨、边跨与主跨的比分别为0.18、0.24。主跨主拱矢跨比1/4.0、矢高52.5m，拱轴系数为m=1.25的悬链线箱形拱肋。采用平行拱肋，拱顶处拱肋间距34.1m。该桥设计荷载：汽车荷载城-A级并满足公路-Ⅰ级；人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）取值。结构总体布置图如图1所示。

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图 1 某中承式拱桥结构总体布置图（单位：cm）

2 有限元分析计算模型

利用MIDAS Civil软件建立了该桥空间杆有限元计算分析模型（见图2），其中除吊杆采用杆单元模拟外，其余均采用梁单元模拟,桥面系采用梁格法模拟。首先计算出结构在设计活载作用下的荷载效应，然后根据控制截面内力影响线，计算出试验所需的试验荷载。

图2 荷载试验计算模型

3 静荷载试验的截面和测点布置

3.1 试验截面

试验采用等效荷载法进行。通过一至四个工况（每工况1至4或5级加载），分别使次边跨跨中、边跨墩顶和跨中、主跨拱顶和主梁跨中、主跨拱脚弯矩达到加载效率。根据本桥的结构类型和现场实际情况，设定试验工况及截面位置见图3及表1。

图3 主桥测试截面位置（单位：cm）

表1 主桥试验工况表

试验工况	截面位置	试验目的	加载方式
工况一	1-1	次边跨跨中最大正弯矩	12台重约30t的载重汽车，按计算所需试验荷载用4级加载，1级卸载的方式停放指定位置进行加载，使主梁边跨跨中正弯矩达到加载效率
工况二	2-2	边跨墩顶最大负弯矩	20台重约30t的载重汽车，按计算所需试验荷载用5级加载，1级卸载的方式停放指定位置进行加载，1－4级使主梁次边跨跨中截面正弯矩达到加载效率，第5级使支点负弯矩达到加载效率。
工况二	3-3	边跨跨中最大正弯矩
工况三	4-4	拱顶最大正弯矩	18台重约30t的载重汽车，按计算所需试验荷载用4级加载，1级卸载的方式停放指定位置进行加载，使主跨跨中正弯矩及拱顶正弯矩达到加载效率。
	4’-4’	主跨主梁跨中最大正弯矩
	J7	典型吊索最大拉力（共4根）
工况四	5-5	主跨拱脚（钢拱肋）最大负弯矩	18台重约30t的载重汽车，按计算所需试验荷载用4级加载，1级卸载的方式停放指定位置进行加载，使主跨拱脚负弯矩达到加载效率。
	5’-5’	主跨拱脚（砼拱肋）最大负弯矩
	J2	典型吊索最大拉力（共2根）

3.2 测点布置

3.1.1 应力（应变）测点布置

在测试截面梁底、拱顶、两侧等位置均匀粘贴电阻应变计，通过无线应变采集系统进行数据采集。

3.1.2 挠度测点布置

现场挠度观测采用电子水准仪测量，根据现场条件选择稳定、不发生沉降的后视挠度基准测点，挠度测点布置跨中、四分点、八分点、桥墩墩顶等位置。量测内容为各级荷载下的紧身变形及卸载后残余变形。

4 静荷载试验结果分析

4.1 试验数据结果分析

通过桥梁关键截面的静荷载试验，各控制截面的荷载效率0.83~1.00，满足《城市桥梁检测技术标准》（DBJ/T 15-87-2011）验收试验的规定（0.80≤ηq≤1.00），说明本次试验能够反映该桥结构在设计荷载作用下的工作性能。根据最大弹性挠度、挠度校验系数、相对残余挠度、应变校验系数、应变校验系数、应变相对残余、索力校验系数等方面的试验结果和理论数据进行了对比分析，结果见表2，试验桥跨在整个静荷载试验过程中，未发现有新的肉眼可见裂缝产生，也未发现墩台位置有明显变位现象。

表 2 各工况试验结果

桥跨/联	工况名称	测试截面	试验结果		相关限值及要求
主桥	工况1	1-1	最大弹性挠度	0.95mm	≤l/600（l=37100）（61.83mm）
			挠度校验系数	0.64~0.91	0.60~1.00
			相对残余挠度	-11.7%~12.8%	≤20%
			应变校验系数	0.71~0.86	0.50~0.90
			应变相对残余	-11.1%~9.1%	≤20%
	工况2	2-2	最大弹性挠度	1.04 mm	≤l/600（l=50000）（83.33mm）
			挠度校验系数	0.65~ 0.92	0.60~1.00
			相对残余挠度	13.7%~11.6%	≤20%
			应变校验系数	0.50~0.88	0.50~0.90
			应变相对残余	-16.7%~14.3%	≤20%
	工况3	4-4	最大弹性挠度	27.04 mm	≤l/800（l=210000）（262mm）
			挠度校验系数	0.68~0.92	0.60~1.00
			相对残余挠度	4.4%~15.0%	≤20%
			应变校验系数	0.61~0.93	0.50~0.90
			应变相对残余	-13.3%~17.0%	≤20%
			索力校验系数	0.63~0.68	0.50~0.90
	工况4	5-5	应变校验系数	0.57~0.84	0.50~0.90
			应变相对残余	-8.9%~13.2%	≤20%
			索力校验系数	0.63~0.79	0.50~0.90

5 结语

结合《城市桥梁检测技术标准》（DBJ/T 15-87-2011），对该桥静荷载试验得出以下结论：

5.2.1 试验桥跨在试验荷载作用下，结构刚度、结构强度、结构工作性能均处于良好状态。

5.2.2试验桥跨在最大试验荷载下处于弹性工作状态。

5.2.3 试验桥跨在试验荷载作用下结构工作性能良好，力学性能满足设计荷载（城-A级并满足公路-Ⅰ级、人群荷载按《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）取值）的荷载等级的要求。

参考文献：

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［2］孙卓刘爱荣赵新生张俊平．某飞鸟式拱桥拱座开裂加固后静动载试验与分析［J］．世界桥梁200703：55－58．

［3］李永河唐潘刘爱荣．某中承式系杆拱桥静动载试验分析［J］．自然灾害学报2010：

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［4］雷进．靖淮桥病害检测与评估［Ｄ］．合肥：合肥工业大学2008．

［5］王明明．大跨度中承式钢箱混凝土系杆拱桥稳定性研究［J］．铁道标准设计，2021（11）：57-60．

［6］杜晓光. 朝阳凌凤钢管混凝土拱桥静荷载试验［J］.辽宁交通科技，2006

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