■俞 斌

（將樂縣農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)管理站，三明 353300）

0 引言

拱橋以受壓為主，可以充分利用抗拉性能較差而抗壓性能較好的圬工材料如石料、磚等來(lái)建造，這種橋梁稱為圬工拱橋。它具有就地取材、節(jié)省鋼材和水泥、構(gòu)造簡(jiǎn)單、有利于普及等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用較廣。在我國(guó)主要以石拱橋?yàn)橹?，如世界上迄今尚存的跨徑最大的古代石拱橋——河北趙縣安濟(jì)橋，跨徑37.4m；目前世界上跨徑最大的圬工拱橋——山西晉城丹河新橋，凈跨徑達(dá)146m。圬工拱橋現(xiàn)在已極少修建，對(duì)大量在役圬工拱橋的評(píng)估、養(yǎng)護(hù)和維修加固仍是一項(xiàng)十分重要且艱巨的任務(wù)。

1 工程概述

某大橋，是水庫(kù)上通行橋，建于上個(gè)世紀(jì)80年代。全橋共10跨，為等跨連續(xù)空腹式圬工拱橋，其中5跨一聯(lián)，第5跨與第6跨中間為水庫(kù)舊發(fā)電機(jī)水槽。上部結(jié)構(gòu)單跨拱圈凈跨徑L0=16.0m，凈矢高F0=3.2m，凈矢跨比F0/L0=1/5；拱圈計(jì)算跨徑L=16.466m，計(jì)算矢高F=3.276m。主拱圈為板拱，厚度為0.75m，采用MU30石材、M5砌筑砂漿。拱上填料為砂、礫石。橋面鋪裝鋼筋混凝土，橋面全寬為7.50m（凈6.00m行車道+2×0.75m護(hù)輪帶）。下部結(jié)構(gòu)：橋墩為重力式橋墩，橋臺(tái)采用漿砌塊石U型臺(tái)。設(shè)計(jì)荷載：汽車-15級(jí)；結(jié)構(gòu)全景布置如圖1所示。洪水設(shè)計(jì)或然率為100年一遇。為了解橋跨主體結(jié)構(gòu)在交通車輛荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的工作性能狀態(tài)，需要對(duì)該橋進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)定。

圖1 某空腹式圬工拱橋結(jié)構(gòu)總體布置圖（單位：m）

2 外觀病害情況

利用橋檢車對(duì)該橋進(jìn)行詳細(xì)的外觀檢查，主要病害情況如下：

主拱圈1處砌石碎裂（見圖2），面積0.04m2；1處砌石脫落（見圖 3），面積 0.06m2；3處砂漿脫落，面積 0.08～0.60m2，總面積0.80m2；1處滲水流白灰，5處滲水長(zhǎng)青苔。

腹拱圈2處縱向開裂（見圖4），縫寬均為1.00cm，縫長(zhǎng) 6.00m 和 1.00m；5 處砌石脫落，面積 0.01～0.08m2，總面積0.23m2；1處砌石風(fēng)化開裂，縫寬0.14mm，縫長(zhǎng)0.40m；1條橫向裂縫流白灰，縫長(zhǎng)1.00m；4條橫向裂縫，縫寬均為 1.00mm， 縫長(zhǎng) 0.60～7.00m；1條縱向裂縫， 縫寬1.00mm，縫長(zhǎng) 1.00m；1條斜向裂縫，縫寬 1.00mm，縫長(zhǎng)1.50m。

橋面鋪裝共32處出現(xiàn)橫向開裂，縫寬2.00～5.00mm，縫長(zhǎng)2.50～7.00m；2處橋面破損，總面積10.00m2；4處路緣石缺失；4處路緣石斷裂。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，該大橋綜合評(píng)分為67.1，總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為三類。

圖2 主拱圈砌石碎裂

圖4 腹拱縱向開裂

3 荷載試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 靜載試驗(yàn)

3.1.1 靜載試驗(yàn)工況及檢驗(yàn)對(duì)象

根據(jù)外觀檢查結(jié)果，選取第一聯(lián)為試驗(yàn)對(duì)象。根據(jù)該橋施工設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，應(yīng)用MIDAS計(jì)算軟件進(jìn)行建模計(jì)算，橋梁模型見圖5。以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載產(chǎn)生的該試驗(yàn)項(xiàng)目的最不利效應(yīng)值等效換算，確定所需的試驗(yàn)荷載。然后根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，確定各跨試驗(yàn)工況，具體見表1，各跨主要測(cè)試截面見圖6。由表2可知，該橋的試驗(yàn)荷載效率η滿足文獻(xiàn)[4]基本荷載試驗(yàn)規(guī)定的要求 0.95≤η≤1.05。

3.1.2 測(cè)點(diǎn)布置

撓度測(cè)點(diǎn)布置：在各控制截面拱肋對(duì)應(yīng)的橋面位置架設(shè)塔尺進(jìn)行測(cè)量，各控制截面撓度測(cè)點(diǎn)布置見圖7。

裂縫觀測(cè)：對(duì)外觀檢查中發(fā)現(xiàn)的腹拱圈裂縫安裝加長(zhǎng)桿進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)觀測(cè)各試驗(yàn)工況作用下相應(yīng)截面的裂縫開展情況。

表1 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容

表2 靜載試驗(yàn)荷載效率計(jì)算（內(nèi)力單位：kN.m）

圖5 橋梁第一聯(lián)模型圖

圖6 試驗(yàn)測(cè)試截面示意圖

圖7 各控制截面撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

3.1.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果及分析

在試驗(yàn)加載工況作用下，各控制截面的實(shí)測(cè)撓度及其與理論計(jì)算值的比較如表3所示。

經(jīng)過橋梁靜載試驗(yàn)，第1跨跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.84，相對(duì)殘余撓度最大值為17.5%，第1跨L/4和3L/4截面撓度絕對(duì)值之和的校驗(yàn)系數(shù)為0.88，相對(duì)殘余撓度最大值為16.7%；第2跨跨中截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.71，相對(duì)殘余撓度最大值為11.9%，第2跨L/4和3L/4截面撓度絕對(duì)值之和的校驗(yàn)系數(shù)為0.73，相對(duì)殘余撓度最大值為10.3%。各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于文獻(xiàn)[4]規(guī)定的限值1.00，相對(duì)殘余撓度最大值均小于文獻(xiàn)[4]規(guī)定值20%。

對(duì)1-1腹拱的橫向裂縫和1-0腹拱的縱向裂縫分別安裝加長(zhǎng)桿進(jìn)行觀測(cè)，在各試驗(yàn)工況下，最大開展寬度為0.05mm，卸載后均恢復(fù)；各試驗(yàn)工況作用下相應(yīng)控制截面未見新裂縫產(chǎn)生。

表3 各控制截面撓度分析表（單位：mm）

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)

3.2.1 自振特性試驗(yàn)工況

在橋面無(wú)任何交通荷載以及橋址附近無(wú)規(guī)則振源的情況下，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動(dòng)等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微小振動(dòng)響應(yīng)，測(cè)試橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比，以分析橋跨結(jié)構(gòu)自振特性。

3.2.2 自振特性結(jié)果及分析

圖8 實(shí)測(cè)與計(jì)算豎向1階自振頻率及振型圖對(duì)比

在各跨八分點(diǎn)位置橋面上放置橫向和豎向脈動(dòng)測(cè)點(diǎn)傳感器，實(shí)測(cè)的信號(hào)經(jīng)FFT分析、模態(tài)分析，得到該橋?qū)崪y(cè)豎向1階自振頻率為6.46Hz，大于理論值5.62Hz，實(shí)測(cè)橫向1階自振頻率為1.21Hz，大于理論值1.08Hz，實(shí)測(cè)豎向和橫向振型與理論振型基本吻合，由此表明該橋豎向和橫向?qū)嶋H剛度比理論剛度大。該橋?qū)崪y(cè)和理論豎向1階自振頻率及振型對(duì)比見圖8，實(shí)測(cè)和理論橫向1階自振頻率及振型對(duì)比見圖9。

圖9 實(shí)測(cè)與計(jì)算豎向1階自振頻率及振型圖對(duì)比

4 結(jié)論

通過對(duì)該圬工拱橋的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)論如下：

（1）該橋主要病害表現(xiàn)在主拱圈砌石碎裂、砌石和砂漿脫落，腹拱圈縱向開裂等，總體技術(shù)狀況等級(jí)評(píng)定為三類。

（2）各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為 0.71～0.88，均小于規(guī)定限值1.00；相對(duì)殘余撓度最大值為10.3%～17.5%，均小于規(guī)定值20%。在各試驗(yàn)工況下，腹拱觀測(cè)裂縫的最大開展寬度為0.05mm，卸載后均恢復(fù)；各試驗(yàn)工況作用下相應(yīng)控制截面未見新裂縫產(chǎn)生。

（3）該橋?qū)崪y(cè)豎向和橫向1階自振頻率均大于相應(yīng)理論值，實(shí)測(cè)豎向和橫向振型與理論振型基本吻合，表明該橋豎向和橫向?qū)嶋H剛度比理論剛度大。

（4）綜上所述，該空腹式圬工拱橋?qū)嶋H承載能力能夠滿足汽-15級(jí)設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求，該橋適應(yīng)性滿足要求?；谕庥^檢查和靜動(dòng)載試驗(yàn)相結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方式比較直接和高效，能夠用于橋梁的適應(yīng)性評(píng)定。

[1]魏召蘭，蒲黔輝，高玉峰.圬工拱橋承載能力評(píng)估方法研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2011.6，37（3）.

[2]賴國(guó)華，劉涉.淺析圬工拱橋產(chǎn)生裂縫的主要原因[J].黑龍江交通科技，2004，6.

[3]JTG/T H21-2011，公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[5]JTGD61-2005，公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].