譚　明

(上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200444)

基于靜載試驗(yàn)的空腹式雙曲拱橋承載能力研究

譚明

(上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200444)

摘要：以一座三跨空腹式雙曲拱橋?yàn)槔榻B了雙曲拱橋的構(gòu)造及受力特點(diǎn)，并對(duì)橋梁空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力理論分析。通過(guò)靜載試驗(yàn)，把理論值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了單片拱肋模型計(jì)算結(jié)構(gòu)受力是比較安全的，為雙曲拱橋承載能力評(píng)定提供了更多依據(jù)。

關(guān)鍵詞：雙曲拱橋；承載能力；靜載試驗(yàn)

1引言

上世紀(jì)六十年代，創(chuàng)建和發(fā)展了一種新型拱橋——雙曲拱橋。這種橋型用鋼量不多，施工周期短，結(jié)構(gòu)輕巧美觀，跨徑適應(yīng)性大，滿足當(dāng)時(shí)交通運(yùn)輸需求，得到了廣泛的推廣[1]。但早期修建的雙曲拱橋已不能滿足現(xiàn)代交通量增加及荷載等級(jí)的提高，因此，判定在役雙曲拱橋的實(shí)際承載能力已成為確保其安全運(yùn)管的重要措施。

2雙曲拱橋基本組成及主要特點(diǎn)

雙曲拱橋一般由主拱圈及拱上建筑所構(gòu)成。主拱圈是主要受力構(gòu)件，橋面荷載通過(guò)它傳遞給下部結(jié)構(gòu)墩臺(tái)及基礎(chǔ)。由于主拱圈為曲線，車輛無(wú)法平穩(wěn)行駛，因此在主拱圈與橋面之間需要設(shè)有傳遞荷載的構(gòu)件或填充物。主拱圈與橋面之間的構(gòu)件或填充物即為拱上建筑。

雙曲拱橋主拱圈橫截面一般由多榀拱肋組成，拱肋之間設(shè)有拱波和橫梁，增強(qiáng)拱肋間的橫向聯(lián)系。主拱圈在橋梁橫向和縱向均呈弧線狀。拱上建筑按照其結(jié)構(gòu)形式和填充物不同，可分為實(shí)腹式和空腹式兩種，其主要作用是用來(lái)構(gòu)成平緩的橋面和傳遞荷載。

雙曲拱橋?yàn)槌o定的空間結(jié)構(gòu)[2]，當(dāng)活載作用在橋面上時(shí)，拱上建筑和主拱圈共同承受荷載，這種共同參與結(jié)構(gòu)受力通常是對(duì)橋梁受力較為有利的。對(duì)于修建年代較為久遠(yuǎn)的雙曲拱橋，不考慮主拱圈與拱上建筑的共同作用是偏安全的。

3工程實(shí)例

3.1工程概況

背景橋梁是桂林市一座三跨空腹式雙曲拱橋，該橋修建于1966年，設(shè)計(jì)荷載為汽車-10級(jí)。橋梁全長(zhǎng)76.7m，跨徑組合為20.85m+21.7m+20.85m。橋面總寬為5.9m，橋?qū)挷贾脼椋?.3m欄桿基座+5.3m車行道+0.3m欄桿基座。

上部結(jié)構(gòu)主拱圈每跨設(shè)有6榀拱肋，拱肋上方架設(shè)預(yù)制微彎板，微彎板上方整體澆筑混凝土形成拱板，相鄰拱肋間設(shè)有9道橫系梁。下部結(jié)構(gòu)采用重力式墩臺(tái)，基礎(chǔ)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3.2承載能力檢算

承載能力理論計(jì)算：采用midas civil橋梁計(jì)算軟件建立單片拱肋進(jìn)行分析。檢算主要針對(duì)上部結(jié)構(gòu)拱肋進(jìn)行，檢算內(nèi)容為承載能力極限狀態(tài)下拱頂截面、L/4截面和拱腳截面的受壓強(qiáng)度驗(yàn)算。

采用簡(jiǎn)化計(jì)算法來(lái)計(jì)算雙曲拱橋荷載橫向分布系數(shù)[4]，選取荷載橫向分布系數(shù)最大的拱肋進(jìn)行承載能力檢算，各檢算截面荷載效應(yīng)最不利組合值及截面承載能力檢算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　拱肋控制截面檢算結(jié)果

注：軸力“+”表示受拉，“-”表示受壓；彎矩“+”表示截面下緣受拉，“-”表示截面上緣受拉。

通過(guò)以上檢算結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：目前該橋拱肋能夠滿足汽車-10級(jí)荷載的安全承載要求。

3.3橋梁靜載試驗(yàn)

3.3.1測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)選取第1跨作為試驗(yàn)跨，并按照規(guī)范[5]選取3個(gè)應(yīng)變測(cè)試斷面和2個(gè)撓度測(cè)試斷面，斷面位置及測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖1-圖2。

圖1　測(cè)試斷面位置布置圖(單位：mm)

圖2　應(yīng)變、撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.3.2荷載及效率系數(shù)

采用1輛重約23t兩軸載重貨車作為試驗(yàn)荷載的加載車輛，測(cè)試斷面靜載試驗(yàn)效率系數(shù)，見(jiàn)表2。

表2　試驗(yàn)效率系數(shù)

3.3.3試驗(yàn)成果及分析

(1)荷載橫向分布系數(shù)

拱肋撓度實(shí)測(cè)值及橫向分布系數(shù)實(shí)測(cè)曲線與理論計(jì)算曲線對(duì)比分別見(jiàn)表3及圖3。

表3　拱肋撓度實(shí)測(cè)值及橫向分布系數(shù)

圖3　實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)與理論橫向分布曲線對(duì)比

(2)結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)

試驗(yàn)荷載下各斷面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表4，撓度實(shí)測(cè)值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表5。

表4　測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值、理論值和校驗(yàn)系數(shù)

表5　測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值、理論值和校驗(yàn)系數(shù)

(3)剛度檢驗(yàn)

在試驗(yàn)荷載作用下，拱頂斷面撓度最大值為0.44mm，L/4拱肋斷面正負(fù)撓度絕對(duì)值之和最大值為0.27mm，推算至汽車-10級(jí)荷載下，拱肋拱頂斷面最大撓度值為0.32mm，L/4拱肋斷面正負(fù)撓度絕對(duì)值之和最大值為0.22mm，均小于拱橋撓度允許值，表明在汽車-10級(jí)荷載作用下，豎向剛度滿足規(guī)范要求。

(4)靜載試驗(yàn)結(jié)論

(a)在試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)荷載橫向分布系數(shù)最大值較理論值小，且實(shí)測(cè)橫向分布系數(shù)較理論值均勻，說(shuō)明實(shí)際橫向聯(lián)系狀況較好。

(b)各控制斷面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變及撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求。

(c)推算至汽車-10級(jí)荷載下，拱肋拱頂斷面最大撓度值為0.32mm，L/4拱肋斷面正負(fù)撓度絕對(duì)值之和最大值為0.22mm，豎向剛度滿足規(guī)范要求。

4結(jié)語(yǔ)

(1)雙曲拱橋在承載能力計(jì)算上引入荷載橫向分布系數(shù)，把空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為平面桿系結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行受力分析是合理的、安全的。

(2)舊橋承載能力的確定應(yīng)基于結(jié)構(gòu)檢查、檢測(cè)結(jié)果，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力分析。若橋梁設(shè)計(jì)、竣工資料不全，理論計(jì)算不能完全模擬橋梁實(shí)際狀況，應(yīng)采取荷載試驗(yàn)對(duì)橋梁進(jìn)行承載能力評(píng)定。

(3)對(duì)于修建年代較為久遠(yuǎn)且設(shè)計(jì)資料缺失的雙曲拱橋進(jìn)行承載能力判定時(shí)，橋梁荷載試驗(yàn)是最合適的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]交通部科學(xué)研究院,等.公路雙曲拱橋-上部構(gòu)造設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,1980.

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

Study on Carrying Capacity of Double Arch Bridge based on Static Load Test

Tan Ming

(Tongfeng of Engineering Consulting Co.,Ltd.Shanghai 200444,China)

Abstract：Taking a three-span double arch bridge as an example,the structure and stress characteristics of double arch bridge are introduced in the paper.The spatial structure of the bridge is simplified to plane truss structure,and the carrying capacity of the bridge is analyzed in theory.The theoretical values and the measured values of the static load test are compared,and the test results show that the stress of single arch rib structure is relatively safe,which provides more references for evaluating the carrying capacity of double arch bridge.

Keywords:double arch bridge;carrying capacity;static load test

[收稿日期]2016-02-21

[作者簡(jiǎn)介]譚明(1989—)，男，湖北荊州人，工學(xué)學(xué)士，從事橋梁檢測(cè)工作。

中圖分類號(hào)：U441+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.011