張凡龍

(安徽省交通科學(xué)研究院，安徽 合肥 230051)

1 工程概況

某橋位于福建省205國道上，采用3跨1聯(lián)V形墩剛構(gòu)拱組合結(jié)構(gòu)，邊孔設(shè)掛梁的結(jié)構(gòu)形式，橋跨組合為24 m+40 m+24 m，全長100 m。主梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，拱腳部分采用單箱四室普通鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，墩頂處為V形空心結(jié)構(gòu)，高為8.323 m，跨中及端部梁高1.3 m。橋梁全寬18 m。設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。橋梁結(jié)構(gòu)外形如圖1所示。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場外形圖

2 靜載試驗

橋梁荷載試驗是結(jié)構(gòu)承載能力評估的最直接、最可靠的評價方法。靜載試驗是通過模擬車輛荷載作用在橋梁上，通過測試結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、變位和開裂情況，并與結(jié)構(gòu)計算分析值進(jìn)行比較，科學(xué)判斷橋梁的實際承載能力。

2.1 計算分析

利用橋梁結(jié)構(gòu)計算分析軟件MIDAS Civil建立橋梁有限元模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，得到結(jié)構(gòu)在等效試驗荷載作用下各測點的撓度、應(yīng)力、變位等參數(shù)值。試驗荷載采用設(shè)計荷載(公路-Ⅰ級)的等效荷載。結(jié)構(gòu)有限元分析模型如圖2所示。

圖2 橋梁有限元分析模型

2.2 靜載試驗工況設(shè)置

根據(jù)計算結(jié)果確定靜載試驗控制截面，如圖3所示。

圖3 靜載試驗截面縱向布置圖(單位：cm)

根據(jù)截面彎矩(或位移)影響線確定各工況試驗車輛加載方案，主要試驗工況車輛位置布置如圖4～圖7所示。加載車輛采用4輛重量均為42 t左右的后雙軸載重車，該橋靜載試驗荷載效率見表1。主要試驗工況如下：

圖4 工況一車輛加載布置圖

表1 靜載試驗效率列表

(1)工況一：1#墩V構(gòu)懸臂端最大撓度偏心加載，測試懸臂端(1-1)截面各測點撓度。

(2)工況二：1#墩V構(gòu)水平剛架梁跨中最大正彎矩偏心加載，同時滿足1#墩V構(gòu)主跨側(cè)斜腿拱腳最大負(fù)彎矩偏心加載，測試剛架梁跨中(2-2截面)和斜腿拱腳(3-3截面)各測點應(yīng)變及撓度。

(3)工況三：中跨拱頂最大正彎矩偏心加載，測試拱頂(4-4截面)各測點應(yīng)變及撓度。

(4)工況四：2#墩V構(gòu)主跨側(cè)斜腿節(jié)點最大正彎矩偏心加載，測試斜腿節(jié)點(5-5截面)各測點應(yīng)變及撓度。

圖5 工況二車輛加載布置圖

圖6 工況三車輛加載布置圖

2.3 靜載試驗測點布置

主要測試結(jié)構(gòu)各控制截面的測點在荷載作用下的變形(撓度)和應(yīng)變(應(yīng)變)。撓度采用電阻式位移傳感器測試，應(yīng)變采用半橋應(yīng)變片和靜態(tài)采集系統(tǒng)測試。截面測點布置如圖8所示。

圖7 工況四車輛加載布置圖

圖8 試驗截面應(yīng)力及撓度測點布置

2.4 靜載試驗結(jié)果

2.4.1 撓度分析

在試驗車輛荷載作用下，實測橋梁各測點撓度并求得彈性撓度后與理論分析值對比，求得撓度校驗系數(shù)。主要工況下橋梁撓度實測彈性值及計算分析值如圖9～圖12所示。

圖9 工況一荷載作用下懸臂端1-1截面測點撓度

圖10 工況二荷載作用下剛架梁2-2截面測點撓度

圖11 工況三荷載作用下拱腳4-4截面測點撓度

圖12 工況四荷載作用下斜腿節(jié)點5-5截面測點撓度

撓度校驗系數(shù)能直接反映結(jié)構(gòu)承載能力好壞及安全儲備大小。實測值與計算值的對比分析結(jié)果表明: 各主要測點撓度校驗系數(shù)均處在0.70～0.93，小于1.0且在該結(jié)構(gòu)類型橋梁撓度校驗系數(shù)范圍內(nèi)(0.50～1.00)，表明橋梁結(jié)構(gòu)在等效試驗荷載作用下剛度較好，且承載能力安全儲備有一定的富余，能夠滿足設(shè)計荷載的正常使用要求。

2.4.2 應(yīng)變(應(yīng)力)分析

在試驗車輛荷載作用下，實測橋梁各測點應(yīng)變并求得彈性應(yīng)變后與理論分析值對比，求得應(yīng)變校驗系數(shù)。主要工況下橋梁應(yīng)變實測彈性值及理論分析值如圖13～圖16所示。

圖13 工況二荷載作用下剛架梁2-2截面測點應(yīng)變

圖14 工況三荷載作用下拱腳3-3截面測點應(yīng)變

圖15 工況三荷載作用下拱頂4-4截面測點應(yīng)變

圖16 工況四荷載作用下斜腿節(jié)點5-5截面測點應(yīng)變

應(yīng)變校驗系數(shù)能反映結(jié)構(gòu)局部強度大小。實測彈性值與理論值對比分析結(jié)果表明: 各主要測點應(yīng)變校驗系數(shù)在0.73～0.85，小于1.0且在該結(jié)構(gòu)類型橋梁撓度校驗系數(shù)范圍內(nèi)(0.50～0.90)，表明橋跨結(jié)構(gòu)在等效試驗荷載作用下具有較高的強度，能夠滿足設(shè)計荷載的正常使用要求。

2.4.3 橋梁線彈性分析

逐級卸載完畢并待結(jié)構(gòu)恢復(fù)20 min后實測各測點撓度和應(yīng)變殘余值，并與結(jié)構(gòu)總撓度和總應(yīng)變值比較，得到撓度和應(yīng)變最大相對殘余值分別為8.70%和7.69%，均小于規(guī)范要求的20%，表明橋梁結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況。

2.4.4 裂縫及其他異常情況分析

試驗過程中未發(fā)現(xiàn)裂縫及其他異常情況。

3 結(jié) 語

通過對該V形墩剛構(gòu)拱橋組合結(jié)構(gòu)橋梁的靜載試驗結(jié)果分析得到以下結(jié)論：

(1)在等效試驗荷載作用下，橋梁撓度及應(yīng)變校驗系數(shù)小于1.0，且撓度及應(yīng)變實測值沿橫向變化較均勻，表明該橋承載能力滿足設(shè)計荷載的正常使用要求，橫向整體抗扭剛度較大。

(2)各截面主要測點撓度和應(yīng)變最大相對殘余值均小于20%，表明該橋接近彈性工作狀態(tài)。

(3)試驗中未發(fā)現(xiàn)裂縫及其他異常情況，結(jié)構(gòu)抗裂性較好。

綜合分析認(rèn)為，該帶掛梁的V形墩剛構(gòu)拱組合結(jié)構(gòu)整體剛度和強度較大，整體受力性能良好，滿足公路-Ⅰ級的設(shè)計荷載要求。