金马河大桥静荷载试验研究

蒋丽萍

(柳州市市政设计科学研究院,广西 柳州 545006)

1 概 况

金马河大桥的主桥为三跨飞燕式拱桥,中跨拱肋为中承式钢管混凝土拱,拱脚墩中心间距 138m,净跨径 130m,净矢高 37.143m,净矢跨比 1/3.5,拱轴线为悬链线,拱轴系数为 1.4;边跨拱肋为箱形混凝土拱,净跨径 32m,拱轴线为二次抛物线。桥型布置见图 1。

图1 试验断面和挠度测点布置图(单位:cm)

2 荷载试验目的

(1)检验设计与施工质量,确定工程的可靠性,为竣工验收提供技术依据;

(2)验证设计理论、计算方法及设计所采用的各种假设的正确性与合理性,为改进桥梁结构及其设计方法积累科学依据;

(3)直接了解桥跨结构的实际工作状态,判断实际承载能力,评价桥跨结构在设计使用荷载下的工作性能,检验其是否符合设计标准或满足使用要求;

(4)通过荷载试验,建立桥梁“指纹”档案,为以后该桥在运营阶段,特别是老化阶段的检测与评定提供基准数据。

3 静荷载试验内容

桥梁静载试验是将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置,测试结构的静应变、静应力以及静位移等,确定桥梁结构实际工作状态与设计期望值是否相符,从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力。它是检验桥梁性能及工作状态,即结构的承载能力和刚度最直接、最有效的办法。

金马河大桥主桥为一座飞燕式三跨拱桥,中间主跨为系杆中承式钢管混凝土桁架拱。对该桥进行静载试验,主要试验内容包括:

(1)主跨拱脚、主拱实体段与桁架段交界处,主拱 L/4截面、主拱 L/2控制截面在最不利设计荷载弯矩下加载试验[1];

(2)一侧边跨拱脚及跨中附近截面在最不利设计荷载弯矩下加载试验;

(3)偏载作用下拱圈截面的偏载试验;

(4)跨中长吊杆加载试验。

试验截面为:主拱跨的拱脚、主拱实体段与桁架段交界处、L/4截面、拱顶截面(A-A、B-B、C-C、D-D)。其中包括对 C-C、D-D截面进行偏心加载;主跨跨中长吊杆(EE);一侧边拱跨的拱脚截面(F-F)及跨中附近截面(GG)。具体位置参见图 1试验断面和挠度测点布置图[2]。

4 试验加载方式与加载分级

根据实际情况选择车型,车辆轴重应与桥梁规范中规定的车辆荷载基本相当。根据静力试验荷载效率要求及对各控制断面的计算分析后选择适当的加载车辆数量。所有试验车装载后要经地磅称重,称重指标有前轴实际重量、后轴实际重量和满载后总重量。满载后车辆实际总重量在 330 kN左右,其重量误差在±5 kN以内。根据称重的结果,记录每辆试验车相应的实际重量值[3]。

为了获得结构试验荷载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损伤,每一检验项目静力试验荷载分成预加载和两级加载,两级卸零。加载方式为单次逐级递加到最大荷载,然后逐级卸到零级荷载。

静力试验荷载的加载分级,主要依据试验加载车在某一检验项目(内力或位移)影响面内纵横向位置的不同以及加载重量多少而分成设计控制荷载产生的该检验项目最不利效应值的 60%和 100%。对同一加载截面,先分级加载,横向对称加载;每个工况进行重复加载。

5 试验加载位置与加载工况[4]

加载位置与加载工况确定主要依据的原则是尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率,同时应考虑简化加载工况,缩短试验时间,在满足试验荷载效率的前提下对加载工况进行适当合并,每一加载工况依据某一检验项目为主,兼顾其它检验项目。具体的试验荷载是根据各个控制截面的设计弯矩,通过等效的试验车辆荷载加载到相应位置来实现的,荷载采用 6辆双后轴汽车加载,汽车总重为 66+132+132=330 kN,加载汽车轴距为(4.0+1.4)m。

?

6 静载试验结果与分析

6.1 挠度测试结果

对加载试验的主要测点(即控制测点或加载试验效率最大部位测点)可按下式计算校验系数ξ:

式中:Se为试验荷载作用下量测的弹性变位(或应变)值;Ss为试验荷载作用下的理论计算变位(或应变)值。

竖向实测位移与理论计算的比较,计算各工况两次加载实测竖向结果的平均值、理论计算值及结构校验系数。

按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(YC 4-4/1982),实测值与计算值进行对照,如满足规范限值要求,表明本桥的静载试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求[5]。

在不同工况下,各试验截面挠度实测值和计算值见表2。

?

由表2可见:该桥在A-A和 B-B工况下主跨拱肋挠度校验系数为 0.47～0.92,主跨桥面挠度校验系数为 0.44～0.81,在合理的范围之内;在C-C工况下主跨拱肋挠度校验系数为 0.67～0.97,主跨桥面挠度校验系数为 0.65～0.91,在合理的范围之内;在D-D工况下主跨拱肋挠度校验系数为 0.69～0.91,主跨桥面挠度校验系数为 0.57～0.81,在合理的范围之内。

综合表明该桥跨结构能满足设计荷载作用下的刚度要求。

6.2 应力测试结果

按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(YC 4-4/1982),实测值与计算值进行对照,如满足规范限值,表明本桥的静载试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求。实测的结构或构件主要控制截面应变沿高度分布图符合平截面假定,实测的控制点变位或应变与荷载的关系曲线接近于直线,说明桥梁结构或构件处于良好的弹性工作状况。

6.2.1 正载应力测试结果

在不同工况下,各试验截面应力实测和计算值见表3。

?

由表3可见:该桥在A-A工况下 A-A截面的应力校验系数为 0.44～0.61,在合理的范围之内;在B-B工况下 B-B截面的应力校验系数为 0.41～0.73,在合理的范围之内;在C-C工况下 C-C截面的应力校验系数为 0.45～0.83,在合理的范围之内;在D-D工况下结构的应力校验系数为 0.69～0.84,在合理的范围之内;在 F-F工况下 F-F截面的应力校验系数为 0.64～0.76,在合理的范围之内;在G-G工况下G-G截面的应力校验系数为 0.68～0.80,在合理的范围之内。

综合表明该桥跨结构能满足设计荷载作用下的强度要求。

6.2.2 偏载应力测试结果

对主跨拱肋跨中 D-D截面和L/4拱 C-C截面(温江侧)进行偏心加载,各工况均为纵向 3辆车加载,偏载位置在上游侧,应力偏载效应系数见表4。

?

由表4可见,在各工况偏载作用下,应力的偏载系数为1.48～1.56,偏载效应较为明显。

7 结束语

通过荷载试验可以检测桥梁结构的实际承载能力、结构刚度是否满足设计要求,了解结构的实际工作状况,为大桥现状做出科学客观的评价。故荷载试验是新桥建设检验的重要环节,也是旧桥加固处理的依据,因此加强桥梁荷载试验的研究对桥梁安全有重要的作用。

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2001

[2]范文斌.基于荷载试验的桥梁整体安全性研究[D].中南大学,2008

[3]李海.沈阳公和斜拉桥的荷载试验研究[D].大连理工大学,2003

[4]徐文平.既有预应力混凝土梁桥承载能力实桥试验及分析研究[D].东南大学,2006

[5]YC4-4/1982大跨径混凝土桥梁的试验方法[S]