简支钢管混凝土拱桥拱脚检测应注意的问题

肖 毅

(中交国通公路工程技术有限公司，贵州贵阳 550081)

1 工程概况

某市政公路桥，桥跨布置:2×20 m 钢筋混凝土连续箱梁+(85+120+85)m 三跨下承式简支钢管混凝土系杆拱，桥面全宽30 m，桥梁全长349.5 m。主要技术标准:汽车荷载:城—A 级;人群荷载:3.5 kN/m2;桥面宽度:净－22.5+2×3.5 m 人行道，全宽30 m，双向六车道。

2 拱脚检测中出现的问题

在做该公路桥荷载试验过程中，同一般拱桥一样，做了拱脚截面最大负弯矩工况和拱脚最大水平推力工况。试验结果表明:在拱脚负弯和拱脚最大水平推力工况下拱脚的实测结果与MIDAS Civil 2006 梁格法理论计算结果趋势有差异。

模拟计算采用MIDAS Civil 2006 梁格法，在计算时将钢管和混凝土等代换算成同一种材料，该材料能表现钢管混凝土结构中三向受力方式，从而能真实反映桥梁自身的结构受力特点。

限于篇幅，以中孔120 m 跨拱脚负弯工况为例(拱脚最大水平推力工况也主要是与轴力叠加的弯矩差异导致实测结果与理论计算的差异)，计算模型划分为773个单元，632个节点。

表1 MIDAS 梁格法计算的理论值与实测值比较

试验过程用到10 台平均总重约40 t 的自卸车，试验内力为－1662.40 kN·m，计算内力为－1611.48 kN·m，荷载效率为103.2 %，试验结果与理论值如表1 所示。从表中可以看出:拱脚实测并无负弯出现，反而呈现出正弯趋势。

3 问题的解决

采取以下措施来解决出现的问题:首先做验证性试验，看是否重现上次的试验结果，若试验结果得以重现，再更换计算软件，改进计算方法，校核原有计算。

通过针对拱脚截面重新做的验证试验，重现了之前的试验结果，证明试验结果就是大桥结构本身的真实情况。

为进一步摸清MIDAS civil2006 梁格单元的理论计算值与实测结果的差异，采用ANSYS12.1 对大桥进行了实体单元模拟计算，钢管和混凝土单独建模，钢管单元与混凝土单元同节点。同样以120 m 孔为例，计算结果如下:

整跨计算模型划分为1183213个单元，576010个节点，如图1～图4 所示。分两种工况考虑:工况一为空载情况，考虑预应力影响;工况二为实际布载下的结构响应。

图1 MIDAS 梁格法单元模型

图2 ANSYS 实体单元模型

图3 拱脚负弯载位

图4 拱肋应力测试点布置

图5 空载下拱脚截面轴向应力云图

图6 实际车辆荷载下拱脚截面轴向应力云图

从图5～6可以看出，大桥主桥中孔拱脚截面空载及实际车辆荷载下，上钢管拱受压，下钢管拱局部受拉，较为真实地反应了大桥真实的受力情况。由表1 及表2 分析可知，大桥的受力与理论是一致的，可控的。

表2 ANSYS 应力点测点计算值

由于在用MIDAS civil2006 的模拟计算时，没有考虑盆式橡胶支座宽度对拱座区域局部的影响，支座位置采用节点进行模拟，从而造成了理论计算值与实测结果的差异。

4 结束语

(1)下承式简支钢管混凝土系杆拱桥拱脚结构受力复杂，在做结构设计验算校核时，应针对拱脚做局部分析。

(2)在做此类拱桥荷载试验的拱脚截面工况时，应充分考虑由于盆式橡胶支座宽度对拱座区域局部的影响，在今后的试验过程中，可考虑针对此类拱桥拱脚截面不做拱脚负弯工况，做拱脚最大水平推力工况即可。

(3)从弹性力学的圣维南原理出发，在远离拱座区域后，MIDAS civil2006 模拟的其余截面计算值是真实有效的。整个荷载试验也表明，除拱脚截面外，其余的截面各工况下，测试值与MIDAS Civil 2006 梁格法理论计算结果趋势一致，且可控。

(4)桥梁荷载试验是一个严谨的过程，出现问题时，可借鉴本文方法，首先做验证试验，观测上次试验是否能重现，若试验结果得以重现，再次分析原因，通过更换计算软件和计算方法等来解决问题。

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