运营多年钢管混凝土拱桥荷载试验分析

杨 涛 代 攀

(云南省交通规划设计研究院，云南 昆明 650011)

运营多年钢管混凝土拱桥荷载试验分析

杨 涛 代 攀

(云南省交通规划设计研究院，云南 昆明 650011)

以乐山市金口河大桥为例，通过全桥有限元模型的建立，对该中承式钢管混凝土拱桥进行了荷载试验分析，试验结果表明该桥具有足够的刚度和强度储备，但是桥面T梁的横向连接较弱。

钢管混凝土，拱桥，荷载试验，校验系数

1 工程背景

乐山市金口河大桥是一个主跨175 m的中承式钢管混凝土拱桥。拱轴线性为悬链线，采用钢管混凝土桁架拱，同一拱肋上下层采用钢管连为整体，横向两个拱轴之间采用K撑和米撑相连。为了防止腐蚀和洪水冲刷，起拱点和第一个吊杆之间的拱肋外包C40混凝土。

吊杆中心间距为11.2 m，横向两吊杆之间采用H形横梁相连，横梁之间的桥面板采用简支T梁。该桥的每根吊杆在加固后由1根变为3根，附加的2根吊杆对称分布在原吊杆两边，由锚箱连为整体。

2 金口河大桥的有限元分析

金口河大桥为典型的中承式钢管混凝土拱桥，主梁和拱肋协同受力。通过Midas Civil 2010建立全桥有限元模型，对刚度、边界条件和自重的模拟力求尽可能地接近真实的桥梁结构[1]。模型包含H形横梁、T形纵梁、拱肋、撑杆、桥墩和吊杆，除了吊杆采用桁架单元外，其余构件均采用空间梁单元进行模拟。全桥模型共计2 974个单元，其中梁单元2 848个，桁架单元126个。

3 静力荷载试验

静力荷载试验包含静应变荷载测试和静挠度测试。通过对全桥进行计算，得出了设计活载下的内力和挠度影响线及包络图。

计算结果表明：拱脚附近截面(A—A)、T梁跨中截面(D—D)、横梁跨中截面(E—E)最大正弯矩较大，同时拱脚附近截面的最大负弯矩也较大；1/4拱肋(B—B)、1/2拱肋(C—C)最大轴力较大。应对以上关键截面进行荷载试验，根据桥梁的对称性，荷载试验仅在半跨桥梁上进行。

采用标准重载卡车等效设计荷载。本次试验的效率系数在0.95～1.03之间，满足规范中效率系数应该在0.95～1.05之间的要求[2- 4]。各工况效率系数如表1所示。

表1 各工况效率系数

4 动载试验

4.1 自振特性测试

在封闭交通以后以及桥梁旁边无任何振源的情况下，测定桥跨结构由于桥位处的随机荷载激振而引起的桥梁结构微幅振动响应。脉动试验的目的是为了得出桥梁本身的固有模态频率和临界阻尼比。

4.2 激振响应测试

动载试验包含跳车试验和跑车试验两部分。跑车试验在封闭交通后，保证桥面顺畅通行沿桥梁中心方向采用1辆载重汽车在规定的速度(5 km/h,10 km/h，…，40 m/h)下通过桥跨结构，从而测量桥跨结构的动力响应和冲击系数。跳车试验荷载方法与跑车试验相同，只需在桥跨结构试验截面内力影响线峰值对应的桥面位置设置障碍物(高8 cm、底宽28 cm的三角形断面)，以达到模拟桥面系局部损伤状态，从而测定桥跨结构在桥面存在病害状态时的动力响应和冲击系数。

5 静载试验结果

5.1 挠度测试结果

根据测试结果，各工况的挠度校验系数在0.60～0.88之间，在合理范围内，说明桥梁具有足够的刚度储备。

5.2 应力测试结果

根据应力测试结果与理论计算结果对比，应力校验系数为0.4～0.91，在合理的范围内，说明桥梁工作性能良好，具有足够的强度。然而桥面板各片T梁的应力校验系数值离散性较大，结合该桥的病害检测分析，说明T梁的横向联系较弱，桥面板的整体性较差。

6 动载试验结果

试验包含行车试验和跳车试验两部分。不同车速下B—B截面(1/4拱肋)的冲击系数如表2所示。

表2 B—B截面的冲击系数

试验结果表明，试验截面(B—B)截面冲击系数最大值为1.20，对应车速约40 km/h，实测行车冲击系数介于1.07～1.20之间；试验截面(B—B)跳车冲击系数最大值为1.24，对应车速约20 km/h，实测跳车冲击系数介于1.13～1.24之间。与同类型桥梁相比，该桥桥跨结构的激振响应正常。

7 结语

本次荷载实测试验结果与理论计算结果吻合较好，说明有限元模型能够较好地模拟桥梁的真实受力情况。通过对实测结果的分析可以看出，本桥具有足够的强度和刚度储备，满足设计要求。实测的阻尼比数值合理，自振频率略高于理论值，说明该桥动力性能较好。然而桥面板各片T梁的应力校验系数值离散型较大，同时结合桥梁病害检测的分析结果说明T梁的横向联系较弱，桥面板整体性较差。

[1] 严 猛.大跨度系杆拱桥地震响应分析[D].成都:西南交通大学,2011.

[2] YC4—4/1982，大跨径混凝土桥梁试验方法[S].

[3] 谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:中国交通出版社，2003.

[4] JTG/T J21—2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

The load test analysis on steel pipe concrete arch bridge operation for many years

Yang Tao Dai Pan

(YunnanCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Kunming650011,China)

Taking the Leshan Jinkou River Bridge as an example, through the whole bridge finite element model supervision, this paper made load test to half-through steel pipe arch bridge, the test results showed that the bridge had enough stiffness and strength reserves, but the transverse connection of bridge T beam was weak.

steel pipe concrete, arch bridge, load test, calibration coefficient

2014-12-15

杨 涛(1984- )，男，硕士,工程师； 代 攀(1982- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)06-0159-02

U442

A