加固后的在役高原钢筋混凝土拱桥动力测试分析评价研究

王弘杰　口宏涛

【摘 要】随着我国国民经济的不断提高，基础建设投入越来越大。我国的公路桥梁建设数量已超过80万座，高铁桥梁累计超过1万公里。越来越多的在役桥梁已经达到或超过其设计服役期，加之通行车辆标准的提高。部分桥梁已经不能满足现行的通行承载能力和安全要求。因此，需要对不满足使用要求的桥梁进行加固维修，以保证桥梁使用的安全。本文以加固后的高原地区扎曲河上承式钢筋混凝土拱桥动力测试分析为基础，研究了该桥加固后的动力参数，为加固后的桥梁使用和养护提供参考依据。

【关键词】在役桥梁;高原地区;钢筋混凝土拱桥;加固维修;动力测试

中图分类号： U441.3;U448.221文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）35-0233-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.114

Study on Dynamic Test Analysis and Evaluation of Reinforced Concrete Arch Bridge in

Service on Plateau after Reinforcement

WANG Hong-jie KOU Hong-tao

（Gansu Jiaoda Engineering Testing Technology Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730070，China）

【Abstract】With the continuous improvement of China's national economy，investment in infrastructure is increasing. The number of highway bridges in China has exceeded 800，000，and the total number of high-speed railway bridges has exceeded 10，000 kilometers.More and more bridges in service have reached or exceeded their designed service life， together with the improvement of the standard of traffic vehicles.Some bridges have been unable to meet the current carrying capacity and safety requirements.Therefore，it is necessary to reinforce and repair bridges that do not meet the requirements of use in order to ensure the safety of bridge use.Based on the dynamic test and analysis of Zhaqu River deck reinforced concrete arch bridge in plateau area after reinforcement，the dynamic parameters of the bridge after reinforcement are studied，which can provide reference for the use and maintenance of the bridge after reinforcement.

【Key words】Existing bridge;Plateau area;Reinforced concrete arch bridge;Reinforcement and maintenance;Dynamic test

0 引言

扎曲河上承式钢筋混凝土拱桥位于青海省玉树州杂多县城内，联系杂多县城扎曲河两岸。杂多县地处唐古拉山北麓，地势西高东低，平均海拔4200米以上。该桥修建年代为上世纪70年代。该桥主结构为3×35米上承式钢筋混凝土拱桥，桥面连续，截面由4幅矩形拱肋组成，下部结构采用重力式墩台，应为钻孔灌注桩基础。2014年对该桥进行了维修加固。

为评估扎曲河上承式钢筋混凝土拱桥维修、加固后效果和桥梁的加固设计承载能力，特对维修加固后的桥梁进行现场的检测试验和评估。

1 测试截面及测点布置

根据拱桥的计算理论，从结构整体受力来看，在跨中处拱肋与系梁的距離最大，拱的轴向压力与梁的轴向拉力组合为最佳的受力方式，使拱肋和梁内的弯矩大大减小。而在剪力较大的支点处，拱轴线与水平方向的倾角最大，拱肋内轴向压力的竖向分力有效地平衡了支点剪力。由于拱轴线基本符合简支梁弯矩包络图，因此该拱桥的结构内力主要表现为拱肋中的轴向压力和系梁中的轴向拉力，弯矩和剪力则主要是节间荷载，即系梁范围内影响，均为小量。该拱桥是一种上承式的钢筋混凝土拱桥，其具有典型拱桥的特点，与通常的拱桥和梁桥相比，具有强度高，结构受力合理，用料省，施工方法多，造型美观等方面的优势，是一种具有民族特色的传统桥梁结构形式。

按照梁格分析理论，建立全桥有限元分析模型。首先确定桥跨典型截面的影响线，再按照动态规划法分别计算设计荷载作用下典型截面的最大内力，从而确定发生最大反应的截面位置。经计算，确定该桥检测截面A-A位置见图1所示。

图1 检测截面位置示意图（单位：cm）

振动测点布置  在桥跨A-A截面处桥面上布设3个振动器（其中：1个竖向、1个横桥向、1个纵桥向），总计3个振动器，见图2所示。

图2 截面测点布置图

2 激振方式

动载试验的目的是为了测定桥跨结构的自振频率、结构阻尼、车辆冲击系数，按照有关文献，动载试验效率系数宜取为1.00，但由于单辆试验车难于使动载试验效率系数=1.00，而多辆车时车间距又难于控制，同时，试验用车辆的车况一般较差，极限行使速度较低，因而，为保证行车速度，动载试验车辆重量不宜太大，为保证可以使桥梁产生激振反应，动载试验车辆重量也不宜过小。根据该桥的结构构造及跨度特点，动载试验车辆重量选用390kN。

3 实体空间分析

根据青海省州杂多县扎曲河上承式拱桥构造特点，采用实体单元对其进行理论分析，计算采用大型结构分析商用程序ANSYS完成，见图3所示。

图3 扎曲河上承式拱桥有限元模型

4 动力特性理论分析结果

按照实体有限元模型，计算了青海省州杂多县扎曲河上承式钢筋混凝土拱桥的自由振动特性，图4～图7示出了前5阶振型及与此对应的频率，如表1所示。

表1  青海省杂多县扎曲河上承式钢筋混凝土

拱桥自振特性

图4 扎曲河上承式拱桥理论计算第一阶振型

图5 扎曲河上承式拱桥模态分析第二阶振型

图6 扎曲河上承式拱桥模态分析第三阶振型

图7 扎曲河上承式拱桥模态分析第四阶振型

5 实测结果分析

桥梁结构的动载试验测试了桥跨的固有动力特性与车辆荷载作用下的动力反应，有关结果如表2所示。

表2 青海省杂多县上承式钢筋混凝土拱桥梁

自振特性及评价

实测各桥跨的动应变曲线和动位移曲线见图8～图9所示。通过对测点动应变与动位移时程曲线的分析，推得了受测桥跨的荷载冲击系数，测试分析结果如表3所示。

图8 中跨跳车动态应变曲线

图9 中跨跳车动态位移曲线

表3 试验桥跨冲击系数（1+μ）表

6 结论

1）根据桥梁结构对称的特点，在桥梁结构一侧边跨和中跨的测试截面放置竖向、横向和纵向傳感器，测试了桥跨结构在不同车辆行进条件下的结构振动反应，通过对所记录的振动时程反应曲线的整理分析，得到结构自由振动的基本性态。

2）实测结构自振振型与理论计算振型一致、实测结构自振频率大于理论计算频率，表明实际结构的动力刚度大于理论设计值，桥跨结构动力性能良好;结构阻尼系数正常。

3）实测桥跨的冲击系数小于规范限值，表明桥跨结构在动载作用下的冲击系数较好，桥面平顺，冲击系数对结构的正常使用无不利的影响。

【参考文献】

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