楊永偉

(中鐵二十三局集團第六工程有限公司，重慶 401121)

1 概述

近年來，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，興建了大量形式各異的橋梁[1]，下承式系桿拱橋以其優(yōu)異的特點被廣泛應用于現(xiàn)代橋梁中。通過荷載試驗可以考證橋梁的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力性能，判定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力，確定橋梁的實際運營狀況和使用條件，為竣工驗收、投入運營使用提供科學的依據(jù)[2]。

2 工程概況

本文以新建的某拱橋為工程背景，其為主跨138 m的提籃拱橋，主拱拱肋采用變截面鋼箱斷面，內(nèi)拱截面為平行四邊形斷面。主梁為鋼箱梁，橋面為正交異性鋼橋面板。主橋立面布置圖見圖1，鋼箱梁標準斷面圖見圖2。

有限元模擬采用Midas Civil建立橋梁空間靜動力計算模型(見圖3)，按照相關橋梁設計規(guī)范規(guī)定，考慮橋梁實際運營荷載情況，對橋梁設計規(guī)范中各項指標進行核算，計算結(jié)果為制定荷載試驗詳細方案提供參考依據(jù)。

3 靜載試驗

3.1 靜載試驗工況

橋梁靜載試驗是通過直接測量橋跨結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下的變形和應力來了解結(jié)構(gòu)的實際性能(如結(jié)構(gòu)的剛度、強度等)，根據(jù)設計荷載等級要求在橋面布置一定數(shù)量的加載車輛，然后測量結(jié)構(gòu)關鍵截面的應力和變形，掌握橋梁結(jié)構(gòu)的整體變形及受力規(guī)律，了解橋梁結(jié)構(gòu)的實際受力狀況和工作狀態(tài)，評定其是否滿足設計荷載等級的要求。

為檢驗實際結(jié)構(gòu)受力狀況，根據(jù)理論計算的內(nèi)力包絡圖，確定該橋荷載試驗項目的測試截面內(nèi)容，此處選擇了4個最不利 工況分析為滿足控制截面內(nèi)力(彎矩)等效原則進行布載，并使控制截面的試驗荷載效率滿足檢測規(guī)程的要求。采用了12輛350 kN的載重汽車作為試驗荷載，經(jīng)過驗算，各工況荷載效率均滿足相應規(guī)范要(見表1)。

表1 荷載工況

3.2 應變測試

工況1～工況3依次選取拱角截面A、L/4截面B及拱頂截面C作為拱圈縱向變形測量，共16個點，測點布置如圖4所示。在荷載工況1～3分別作用下，應變校驗系數(shù)如圖5所示。工況4測量主梁跨中截面應變，在工況4作用下鋼箱主梁校驗系數(shù)見圖6。

在工況1～工況4作用下主要應變測點的實測應變值均小于其對應的理論計算值，應變校驗系數(shù)在0.38～0.97之間，相對殘余應變小于20%，校驗系數(shù)滿足規(guī)范的要求。

3.3 撓度測試

經(jīng)過現(xiàn)場實測及計算，試驗截面各撓度測點的實測撓度值均小于其對應的理論計算值，撓度校驗系數(shù)在0.42～0.98之間，卸載后，各測點相對殘余撓度均小于20%，表明受檢橋跨剛度滿足設計要求。

由于篇幅限制，只列出各工況下測點的最大撓度理論與實際對比圖(見圖7)。

3.4 索力測試

吊桿是系桿拱橋中重要的組成部分，吊桿索力的測量是橋梁檢測維護中的重要環(huán)節(jié)。本次測試通過頻率法測量此橋的吊桿索力，工況3作用下各索力增量測點的實測校驗系數(shù)在0.61～0.85之間，相對殘余應變小于20%。圖8列出了此工況下的實測與計算索力增量對比圖，經(jīng)測試，實測索力增量均小于計算增量。

4 動載試驗

4.1 自振頻率測試

通過對自然激勵響應測得數(shù)據(jù)模態(tài)辨識，得到結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼比系數(shù)，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)結(jié)果可知，豎向彎曲頻率實測值均大于理論計算值，實測振型與計算振型基本一致，表明橋梁主體結(jié)構(gòu)剛度滿足設計要求。

表2 自振頻率測試表

4.2 動載試驗結(jié)果分析

無障行車：在橋面無任何障礙的情況下，用順橋向一輛載重汽車按對稱情形，分別以10 km/h,30 km/h和50 km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在行車車輛荷載作用下的動力響應。

有障行車—跳車試驗：采用一輛載重汽車，測定橋跨結(jié)構(gòu)在跳車荷載作用下的動應變等動力反應分別以10 km/h,30 km/h,50 km/h的速度通過設置在控制截面障礙物，通過后繼續(xù)駛出橋跨結(jié)構(gòu)，測得控制截面的測點豎向響應。無障行車和有障行車對應的沖擊系數(shù)見表3。

表3 主梁沖擊系數(shù)測試值

5 結(jié)語

1)不同加載工況作用下各測試截面位變、應變測點ζ校驗系數(shù)均小于1.0。各工況卸載后控制截面的相對殘余應變和相對殘余撓度均小于20%，滿足JTG/T J21—01—2015公路橋梁荷載試驗規(guī)程的要求。測試結(jié)果與理論計算結(jié)果一致性較好，表明橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力特性和承載能力與設計計算結(jié)果基本一致。

2)該提籃拱橋無障礙行車試驗和有障礙行車試驗結(jié)果表明：橋梁測試截面跳車沖擊系數(shù)比跑車沖擊系數(shù)大，表明橋面鋪裝破損對橋跨結(jié)構(gòu)的車橋動力放大效應較為明顯。

綜上所述，該提籃拱橋橋梁目前的承載能力、結(jié)構(gòu)剛度、動態(tài)特性等各項主要技術(shù)性能指標滿足設計和規(guī)范要求。由于動載試驗結(jié)果表明被測橋梁在橋面鋪裝損壞情況下的沖擊系數(shù)較大，建議在橋梁運營過程中應注意對橋面鋪裝的養(yǎng)護，避免鋪裝損壞造成的跳車效應加大對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊，確保橋梁使用壽命。