趙 雷

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

石拱橋在我國(guó)橋梁建筑史上有著舉足輕重的地位，其外形美觀、堅(jiān)固耐用，在我國(guó)分布廣泛，發(fā)揮著重要作用[1]。現(xiàn)代交通流量的增加對(duì)道路橋梁提出了較高的要求，隨著時(shí)間的增加，部分修建年代較早的石拱橋已經(jīng)進(jìn)入橋梁安全評(píng)估期，因此，作為對(duì)橋梁進(jìn)行性能評(píng)估的手段之一，荷載試驗(yàn)日益得到廣泛的重視。對(duì)于石拱橋來(lái)講，由于在設(shè)計(jì)階段可以偏保守地采用不考慮拱上建筑參與受力的方法進(jìn)行計(jì)算，但在檢測(cè)評(píng)定階段如果仍然不考慮顯然是不合適的，所以在檢測(cè)過(guò)程中該如何考慮、以及如何考慮拱上建筑參與受力是目前橋梁檢測(cè)評(píng)價(jià)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題，本文通過(guò)一座實(shí)腹式石拱橋的荷載試驗(yàn)測(cè)試，分析實(shí)腹式石拱橋建模計(jì)算應(yīng)考慮的問(wèn)題，及通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析比較，校核計(jì)算模型的合理性，為同類型拱橋的檢測(cè)評(píng)定提供參考。

1 項(xiàng)目概況

該石拱橋位于某二級(jí)公路上，計(jì)算跨徑20.69 m，凈矢高6.67 m，拱圈厚度為75 cm，拱頂填料為40 cm，拱圈線形為圓弧拱，橋面寬度為凈-11 m+2×0.5 m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽—20，掛車(chē)—100。拱圈采用M10水泥砂漿砌MU50塊石，拱上側(cè)墻采用M10水泥砂漿砌MU40塊石。該橋于1985年建成并投入運(yùn)營(yíng)，橋梁總體布置如圖1。

2 結(jié)構(gòu)分析與建模方法

圖1 橋梁總體布置圖

拱上建筑是拱橋的重要組成部分，一方面通過(guò)擴(kuò)散作用分散活載作用面積，又通過(guò)與主拱圈的共同作用，增大拱圈的有效受力面積，提高其承載能力與使用性能。為了比較拱上建筑的具體影響大小，本文采用兩種方式分別建模計(jì)算，模型1僅建裸拱，將拱上建筑僅當(dāng)作荷載模擬；模型2考慮拱上建筑對(duì)拱圈的荷載分散和圍壓效應(yīng)，其中拱上建筑用實(shí)體單元模擬，為了建模方便，全橋計(jì)算時(shí)偏安全地將拱上側(cè)墻統(tǒng)一按填料計(jì)算[2]，主拱圈用梁?jiǎn)卧M，并將拱上建筑與主拱圈單元之間用豎向和水平連桿連接。

圖2 模型1單元離散圖

圖3 模型2單元?jiǎng)澐质疽鈭D

表1 材料參數(shù)

3 荷載試驗(yàn)及結(jié)果分析

荷載試驗(yàn)就是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變與變形進(jìn)行測(cè)量，從而對(duì)橋梁工作狀態(tài)和工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)。本次荷載試驗(yàn)采用等代車(chē)輛荷載進(jìn)行模擬加載，保證實(shí)際加載的荷載效率控制在規(guī)范規(guī)定0.95＜η≤1.05范圍內(nèi)。通過(guò)計(jì)算，得到橋梁的計(jì)算控制應(yīng)變及撓度見(jiàn)表2。

表2 橋梁各控制斷面應(yīng)變及撓度計(jì)算控制值

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果及荷載試驗(yàn)方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及加載測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4，實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3、表 4。

圖4 拱圈跨中截面應(yīng)變、撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

表3 跨中L/2正彎矩試驗(yàn)工況拱圈應(yīng)變、撓度測(cè)試結(jié)果

表4 0號(hào)臺(tái)支點(diǎn)截面負(fù)彎矩試驗(yàn)工況拱圈應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

上表可以看出，模型1的計(jì)算結(jié)果中無(wú)論拱頂位移還是應(yīng)變均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)測(cè)結(jié)果，跨中斷面和拱腳斷面應(yīng)變的平均校驗(yàn)系數(shù)分別為0.29和0.27，撓度的平均校驗(yàn)系數(shù)為0.29，明顯低于圬工結(jié)構(gòu)的正常校驗(yàn)系數(shù)0.6～1.0之間，給人一種該橋無(wú)限安全的假象。模型2中由于考慮了拱上建筑參與受力，無(wú)論拱圈位移還是應(yīng)變均小于模型1，跨中斷面和拱腳斷面應(yīng)變的平均校驗(yàn)系數(shù)分別為0.72和0.68，撓度的平均校驗(yàn)系數(shù)為0.70，校驗(yàn)系數(shù)均在圬工結(jié)構(gòu)的正常校驗(yàn)系數(shù)范圍內(nèi)，表明該模型對(duì)拱上建筑的模擬是有效的、合理的。主拱圈在拱上建筑的共同工作下其剛度和穩(wěn)定性得到了改善，同時(shí)承載能力也會(huì)相應(yīng)地提高。

4 結(jié)語(yǔ)

按規(guī)范推薦的傳統(tǒng)實(shí)腹式拱橋計(jì)算方法（只考慮裸拱），其計(jì)算結(jié)果對(duì)拱橋設(shè)計(jì)及實(shí)際受力來(lái)講是偏于保守的，但對(duì)于檢測(cè)評(píng)定來(lái)說(shuō)顯然是偏于不利的，也是不準(zhǔn)確的，在以后檢測(cè)同類型橋梁的理論計(jì)算中應(yīng)予以考慮。而實(shí)際拱頂側(cè)墻及填料是會(huì)約束主拱圈變形產(chǎn)生“圍壓效應(yīng)”，與主拱圈共同受力[2]，承擔(dān)外荷載，其影響值也相對(duì)較大，如不加以考慮，將影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。