某三跨连续中承式钢桁架拱桥静载试验研究

付书林 谢 巍

(安徽省七星工程测试有限公司，安徽 合肥 230088)



某三跨连续中承式钢桁架拱桥静载试验研究

付书林 谢 巍

(安徽省七星工程测试有限公司，安徽 合肥 230088)

通过对某三跨连续中承式钢桁架拱桥(80+200+80)m进行静载试验，将试验过程中的应变、吊杆增量、挠度测试结果与理论值作了比较，了解了大跨径钢桁架拱桥的整体受力状况，结果表明，该钢桁架拱桥在试验荷载作用下，结构的强度、刚度及吊杆力增量均满足要求，桥梁整体受力性能良好。

钢桁架拱桥,静载试验，挠度，偏载系数

钢桁架拱桥广泛运用于公路桥梁中，其外形雄伟壮观、自重轻、跨越能力大、承载能力高以及具有刚度大，稳定性和抗震性好等优点[1，2]。通过实桥试验了解大跨径钢桁架拱桥的整体受力特征，评价桥梁的承载能力，对同类型的桥梁后期运营管养、承载能力评定及设计具有参考价值。

1 工程概况

某三跨连续钢桁架拱桥(80+200+80)m，由两片主桁组成，主桁中心距33 m。两片主桁的外侧各有4.25 m悬臂托架支撑人行道，桥面总宽42.5 m。主跨拱圈矢高59 m，矢跨比约1/3.39。拱肋下弦拱轴线和拱肋上弦拱轴线中跨部分线形均采用二次抛物线，与边跨上弦之间采用半径90 m的反向圆曲线进行过渡。钢桁拱肋跨中桁高为7 m，中支点处桁高30.02 m，边支点处桁高为12 m。桥面采用正交异性钢桥面板，下设“U”形纵向加劲肋，间距为0.64 m；设4道小纵梁，腹板上端与顶板焊连；在下弦节点处以及沿桥纵向每2.5 m设一道横梁(个别节段处横梁间距为3.0 m,2.0 m)。拱肋每两个节间设置一横联，横联为三角形桁架形式。边跨横联桁架、中跨拱肋横联桁架和边墩、主墩处设有三角形桁架式桥门架均为“工”形杆件。吊索采用GJ15-19钢绞线整体挤压拉索。桥面横向为双向八车道+人行道和非机动车道布置。设计汽车荷载:城市—A级，人群荷载3.0 kN/m2。

2 静力试验理论分析

采用MIDAS/Civil软件对该桥建立桥梁空间模型，进行静载试验分析。全桥有限元模型共划分6 107个单元，横梁、纵梁和拱肋3 769个梁单元，吊杆34个只受拉单元，桥面桥采用2 304个板单元。

理论分析主要是使静载试验效率系数ηq介于0.85～1.05之间[3]。即在试验荷载作用下测试截面的内力或变位效应与设计和标准荷载作用下的内力或变位效应(考虑冲击系数)比值，满足0.85～1.05之间要求。

3 测试截面选择及测点布置

3.1 测试截面选择

根据钢桁架拱桥的内力包络图及受力特征，选择如下4个测试工况：1)拱脚最大负弯矩；2)拱与系杆交点最大弯矩测试；3)拱顶上弦杆最大轴力、中跨跨中横梁最大弯矩和吊杆拉力增量测试；4)边跨中跨中上弦杆及竖杆最大轴力测试。为了测试桥梁跨中横向偏载效应和扭转效应，工况3分偏载加载和中载。

根据理论分析结果，采用三轴后八轮载重汽车(前轴与中后轴间距3.5 m，两后轴间距1.4 m，横向轴距1.8 m)，其前轴控制在(70±5)kN以内，后轴控制在(140±5)kN以内，单车总重量控制在(350±10)kN以内。

如表1所示，各测试工况作用下，静力效率系数均满足文献[3]的要求。

表1 各工况试验荷载作用下的静力试验效率系数

3.2 测点布置

工况1应变测点主要布置在拱脚位置，测点编号为b1～b3；工况2应变测点主要为c1～c4测点；工况3测点主要布置在上弦杆、横梁、系梁及吊杆位置，应变测点编号分别为e1,e2,x1～x4，控制截面变形测点主要有fg6,fq8及fm1～fm5，索力测点有DS8～DS10；工况4应变测点编号为a1～a4，变形控制测点为fq2，各支座处布置一个水平位移计和竖向位移计。测试截面横向布置5个变形测点；拱肋纵向布置11个变形测点，系梁纵向布置15个变形测点。所有测点布置如图1所示。

4 试验分级加载

试验过程中应严格按照加载程序进行加载，荷载的大小、截面内力的大小都应由小到大逐渐增加，并随时做好停止加载和卸载的准备[4]。试验前应根据加载方案用不同颜色的标志区别不同加载工况时的荷载位置。卸载时，也应根据预先安排好的位置卸载[5]。在正式加载前应采用四辆并行车辆缓慢对桥梁进行预加载，以消除结构的非弹性变形，并对设备仪器进行调试。准备工作全部完成后，按试验荷载横向布置图和纵向布置图正式分级加载测试，如图2,图3所示。

5 试验结果分析

5.1 应变结果分析

各工况试验荷载作用下，关键杆件应变数据分析结果如表2所示，应变校验系数介于0.75～0.96 之间，未超出规定值1.0，表明试验结果与理论分析结果较吻合，桥梁受力满足设计要求。各工况卸载后的相对残余应变值介于0.00%～15.38%之间，未超出规定值20%，表明该桥各构件的恢复性能良好，未出现不可恢复变形。

5.2 变形结果分析

在工况2～工况4试验荷载作用下，关键测点的变形数据分析结果如表3所示，变形校验系数介于0.78～0.91之间，未超出规定值1.0，在工况3偏载作用下，最大桥面变形42.62 mm，小于规范规定的L/800[6]的要求，说明该桥整体工作性能良好，刚度满足要求。各工况卸载后的相对残余变形值介于0.00%～13.48%之间，未超出规定值20%，表明该桥具体良好的恢复能力，桥梁处于弹性工作状态。

根据工况2～工况4的拱肋挠度曲线和桥面挠度曲线分析可知(见图4，图5)，在试验荷载作用下，桥梁的实测挠度曲线与理论挠度曲线较吻合，未出现变形突变情况，说明桥梁的整体受力状况达到了设计要求。从工况3横梁挠度曲线(如图6所示)综合分析，中跨跨中偏载效应较明显。综合应变和变形数据分析，偏载系数达到1.25。

表2 各工况关键测点应变结果分析

表3 各工况试验荷载作用下关键测点变形结果分析

5.3 吊杆力增量分析

工况3偏载作用下，采用振动法和磁通量两种方法对吊杆力进行测试，吊杆索力增量偏差率在-3.85%～3.98%之间，均在±10%以内，满足规范要求[7]。说明吊杆实际受力情况与理论受力情况基本一致，表明吊杆工作状态满足设计要求。

6 结语

通过对该桥静载试验与结果分析可知:

1)各工况在试验荷载作用下，测试截面的变形和应变校验系数均小于1，说明该桥的刚度、强度满足设计要求；相对残余应变和变形均小于20%，说明桥梁处于弹性工作状态，未出现不能恢复的变形；

2)在工况3偏载作用下，中跨跨中附近三根吊杆的拉力增量与理论模型吻合度良好，说明吊杆的工作状态满足要求；

3)在各工况作用下，从拱肋纵向挠度曲线、桥面纵向挠度曲线以及横梁挠度曲线可以看出，试验荷载作用下的挠度曲线与理论曲线较吻合，未出现明确的突变，说明该桥的整体受力性能良好。通过各工况数据分析，中跨跨中偏载较明显，偏载系数达到1.25，理论分析时应引起重视。

[1] 周红军，万卫红.大跨径钢桁架拱桥静载试验研究[J].铁道建筑，2013(4)：17-19.

[2] 方明霁，孙海涛.大跨度钢桁架拱桥的极限承载力研究[J].世界桥梁，2010(4):35-38.

[3] JTG/T J21—0—2015，公路桥梁荷载试验规程[S].

[4] 张宇峰,朱晓文.桥梁工程试验检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2009：354-355.

[5] 宋一凡.桥梁荷载试验与结构评定[M].北京：人民交通出版社，2002：4-5.

[6] JTG/T D65—06—2015，公路钢管混凝土拱桥设计规范[S].

[7] JTG/T J21—2011，公路桥梁承载能力评定规程[S].

Study on static load test of a three span continuous steel truss arch bridge

Fu Shulin Xie Wei

(Anhui7-StarEngineeringTestCo.,Ltd,Hefei230088,China)

The static load test of a three span continuous steel truss arch bridge(80+200+80)m was carried out, in the process of the strain, the increment of the suspender and the deflection test results are compared with the theoretical value. The analysis results show that the strength and stiffness of the steel truss arch bridge under the test load. And the increment of the suspender force meet the requirements, and the whole bridge has good mechanical properties.

steel truss arch bridge, static load test, deflection, partial load factor

1009-6825(2017)06-0182-03

2016-12-03

付书林(1984- )，男，硕士，工程师

U448.22

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