劉 榮

（四川路橋橋梁工程有限責任公司，四川 成都 610000）

1 工程概況

該橋主跨為2×160m下承式鋼管混凝土系桿拱橋。主拱為橫啞鈴形桁式拱，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)1.167，矢跨比1/5，拱肋為鋼管混凝土桁式結(jié)構(gòu)，截面全寬2.0m，高度為3.6m。每片拱肋由4根鋼管組成（弦桿內(nèi)灌注C60微膨脹混凝土）。上、下弦橫向兩根鋼管之間分別用鋼板作為平聯(lián)。每跨拱肋設(shè)置1道一字型橫撐，2道K型橫撐。設(shè)計荷載為公路I級。全橋布置圖如圖1所示。面為16個測點外，L/4、拱頂和3L/4截面均布置8個應(yīng)變測點，全橋共設(shè)應(yīng)變測點112個，采用外貼振弦式傳感器測量主拱肋應(yīng)變。吊桿力僅測量每個工況加載車輛范圍內(nèi)的上下游吊桿，采用頻率法進行測量。

圖1 總體布置圖（單位：cm）

2 荷載試驗

荷載試驗的目的是驗證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論和計算方法是否合理，檢驗設(shè)計及施工質(zhì)量，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力，了解橋跨結(jié)構(gòu)的固有振動特性以及其在長期使用階段的動力性能。結(jié)合本橋的結(jié)構(gòu)特點，選取拱腳、L/4、拱頂截面以及4#、5#墩墩底截面作為結(jié)構(gòu)內(nèi)力控制截面，并以此安排加載工況。

2.1 靜載試驗加載方案

采用Midas/Civil建立全橋的空間有限元模型，通過計算分析，加載車輛選取450kN雙橋車（前軸重90kN，中后軸均為180kN，前中軸軸距4m，中后軸軸距1.4m）進行加載，各靜載試驗工況的效率系數(shù)如表1所示。從表中可以看出，效率系數(shù)位于0.95～1.03，滿足交通部《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011，以下簡稱“評定規(guī)程”）的要求。

表1 各靜載工況荷載效率系數(shù)

2.2 測點布置及測試儀器

主拱撓度測點分別布置在上下游拱肋的兩側(cè)拱腳、L/4、拱頂、3L/4處，橋面撓度測點布置于拱肋測點對應(yīng)位置，全橋共設(shè)撓度測點40個，采用全站儀進行撓度觀測。主拱截面應(yīng)力測點布置如圖2所示（圖中三角形為應(yīng)變測點），除拱腳截

圖2 拱肋應(yīng)變測點布置圖

2.3 動載試驗內(nèi)容

本橋動載試驗包括了脈動試驗、無障礙行車試驗和有障礙行車試驗。無障礙和有障礙行車試驗主要測記主梁應(yīng)力動態(tài)增大效應(yīng)和動撓度，測點布置在GP跨主拱拱頂截面和主梁跨中截面處。

2.3.1 脈動試驗

測定結(jié)構(gòu)固有振動特性（頻率和臨界阻尼比）。即在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)。

2.3.2 無障礙行車試驗

主要用于模擬和測定橋面鋪裝層完好時運行車輛荷載作用下橋跨結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。即在橋面無任何障礙的情況下，用兩輛重載汽車（單車總重約450kN）分橋軸線對稱和橋軸線非對稱（橋軸線對稱指的兩輛車同向分別行駛在上下行車道的中央，橋軸線非對稱指的是兩輛同向行駛在上行車道或下行車上）兩種情況，以每小時10km、20km、30km、40km的速度往返通過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在運行車輛荷載作用于的動力反應(yīng)。

2.3.3 有障礙行車試驗

模擬橋面鋪裝局部損傷，測定橋跨結(jié)構(gòu)在運行車輛荷載作用下的動力反應(yīng)。其動載試驗荷載及其作用方法與無障礙行車試驗相同。不同的是，需在橋跨結(jié)構(gòu)GP方向起邊跨試驗截面至主跨跨中截面處橋面上設(shè)置高度分別為5cm高障礙物（其橫斷面為底寬20cm，矢高5cm的弓形木板），模擬橋面鋪裝局部損傷狀態(tài)，以測定橋跨結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時運行車輛荷載作用下的動力反應(yīng)，行車速度每小時10km、20km、30km、40km。

3 靜載試驗結(jié)果分析

由于本橋試驗工況及測點較多，限于篇幅，僅列出工況二荷載作用下GP跨的試驗結(jié)果進行分析。本橋在工況二荷載作用下的拱肋撓度及橋面撓度實測數(shù)據(jù)及校驗系數(shù)等見表2所示，表中數(shù)據(jù)負值表示撓度向下，正值向上。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，校驗系數(shù)位于0.38～0.94，且相對殘余變形均小于20%，說明橋梁處于良好的彈性工作狀態(tài)，整體剛度滿足公路I級荷載的要求。

表2 工況二GP跨拱肋及橋面撓度實測值

圖4 一階自振模態(tài)圖（橫橋向）

無障礙行車及有障礙行車在不同車速下主梁跨中位置處的沖擊系數(shù)見表4；跨中動應(yīng)變測點的時程響應(yīng)見圖5，篇幅所限，僅列出有障礙行車工況。

圖5 有障礙行車動應(yīng)變時程曲線

主拱肋在工況二荷載作用下的實測換算應(yīng)力如圖3所示，圖中數(shù)據(jù)拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負。根據(jù)測量結(jié)果，工況二荷載作用下主拱肋應(yīng)變校驗系數(shù)位于0.43～0.89，均小于1，且卸載過程中應(yīng)變回復(fù)較好，未發(fā)現(xiàn)殘余大于20%的狀況。說明結(jié)構(gòu)處于正常的線彈性狀態(tài)。

圖3 工況二GP跨主拱應(yīng)力圖（橫橋向）

工況二荷載作用下GP跨吊桿力實測值見表3所示。表中S表示上游側(cè)吊桿，X表示下游側(cè)吊桿，編號順序從SQ向GP側(cè)依次增加。從表中數(shù)據(jù)可以看出，吊桿力實測數(shù)據(jù)與理論計算值基本符合，校驗系數(shù)在0.82～0.95之間，均小于1，且上下游相應(yīng)吊桿力之間差值較小。

表3 工況二GP跨吊桿力實測值

4 動載試驗結(jié)果分析

采用Midas/Civil結(jié)構(gòu)分析軟件對本橋進行模態(tài)分析，得出一階自振頻率理論值為0.722Hz，實測一階自振頻率值為0.784Hz，實測值略高于理論值，比值為1.086，說明實際結(jié)構(gòu)的剛度要略大于計算模型。圖4為理論計算模態(tài)。

表4 主梁跨中位置處沖擊系數(shù)實測數(shù)據(jù)

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，在無障礙行車時，實測沖擊系數(shù)與理論沖擊系數(shù)比較接近；有障礙行車時，沖擊系數(shù)大于理論計算值，所以在運營過程中，要注意對橋面鋪裝的檢查，及時修補鋪裝破損位置，避免過大的沖擊系數(shù)對橋梁造成損傷。

5 結(jié)論及建議

各試驗工況的荷載效率系數(shù)處于0.95～1.03，滿足評定規(guī)程的要求，說明試驗荷載能夠反映設(shè)計荷載對結(jié)構(gòu)的作用，試驗結(jié)果具有參考價值；各工況撓度及應(yīng)力校驗系數(shù)均小于1，表明橋梁的實際狀況好于理論狀況，具有一定的安全儲備及良好的整體剛度；試驗過程中，結(jié)構(gòu)的幾何變形、應(yīng)力重復(fù)性良好，卸載后相對殘余均小于20%，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)；實測主橋基頻為0.784Hz，理論值為0.722Hz，說明結(jié)構(gòu)實際剛度略大于理論剛度；實測沖擊系數(shù)與理論沖擊系數(shù)較為接近，結(jié)構(gòu)具有良好的動力性能，能夠滿足使用要求；有障礙行車時實測沖擊系數(shù)較大，為1.15～1.23，所以在運營過程中，要注意對橋面鋪裝的檢查，并及時修補鋪裝破損位置，避免過大的沖擊系數(shù)對橋梁造成損傷。

[1] 交通部公路科學研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計與施工[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4] JTG/T J21-2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5] 蘇龍，肖池，胡章立.六盤水市白鶴高架橋荷載試驗及分析[J].公路工程，2010（05）:121-127.

[6] 劉武飛.鋼管混凝土土拱橋結(jié)構(gòu)動力荷載試驗分析[J].公路工程，2012（0 3）:106-110.