双曲拱桥检测与承载力研究

刘敬涛

（福建省交通建设工程试验检测有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概况

某双曲拱桥为单跨混凝土双曲拱桥，拱轴线形式为悬链线，拱轴系数m=1.67。由于桥梁设计图纸缺失，根据现场尺寸调查，上部结构采用1×36 m（净跨径）的等截面空腹式混凝土结构；桥面宽度为6.7 m，由0.35 m（栏杆）+6 m（车行道）+0.35 m（栏杆）=6.7 m组成，主拱圈总宽度为6.85 m，由5个拱肋和4个拱波组成，拱肋宽0.30m，高0.4 m，拱肋间距1.64 m；净矢高为5.30 m，净矢跨比为 1/6.79；下部结构为浆砌块石重力式墩台；桥面采用 30.0 cm 厚水泥混凝土铺装。桥梁设计荷载等级不详，参考同时期拱桥资料，该桥设计荷载采用汽-15，挂-80级进行计算，主拱圈混凝土设计强度按标号25进行计算。

2 静载试验

2.1 内力计算

该次试验利用桥梁结构计算分析软件计算在设计荷载（作用下试验跨控制截面的最大内力，主拱圈混凝土设计强度按标号25进行计算，车道数为双向2车道。

2.2 测试断面的确定

依据（JTG/T J21—2011）的规定，参照桥梁在设计活载作用下的内力包络图，选择内力最不利的截面作为观测截面。

2.3 测点布置

为了分析本桥在试验荷载作用下的应变，在观测截面处，每片拱肋在底部布置1个电阻应变计，共计15测点。为了分析桥梁结构在试验荷载作用下的挠度情况，在桥面处布置5个挠度计，共计10挠度测点。

2.4 静载试验结果

2.4.1 应变测试结果

工况1应变校验系数平均值为1.39；工况2应变校验系数平均值为0.95；工况3应变校验系数平均值为0.87。在3个试验工况下各测试截面应变实测值不全小于理论计算值，应变校验系数不全小于1，不符合（JTG/T J21—2011）的规定，主要测点实测应变与相应等级荷载变化曲线不接近于直线，说明该桥结构未处于弹性工作状态。

2.4.2 挠度测试结果

工况1挠度校验系数平均值为1.53；工况2挠度校验系数平均值为1.38。在2个试验工况下各测试截面挠度实测值不全小于理论计算值，挠度校验系数不全小于1，不符合（JTG/T J21—2011）的规定，其刚度不满足设计要求。

3 动载试验

根据有限元理论采用有限元计算软件进行仿真模拟计算，该桥第1阶振型为5.95 Hz，小于实测值6.83。

4 承载能力评定

4.1 检算项目

拱顶、1/4孔截面、拱脚强度验算。

4.2 截面材料及尺寸

（1）经现场检测，拱肋、拱波、拱板均采用钢筋混凝土，依据（JTJ023—85）第2.1.2条，材料特性取值如下：

轴心抗压设计强度Ra=14.5MPa；弯曲抗拉强度设计值R1=1.55MPa；弹性模量E=2.85×104 MPa；

（2）根据现场检测结果，拱肋宽0.30 m，高0.40 m，拱肋间距1.64 m，拱波宽1.34 m，高0.15 m，横断面尺寸图如图1所示。

图1主拱圈横截面尺寸图（单位：cm）

4.3 主拱圈检算荷载效应

利用midas建立全桥模型，计算拱顶截面、1/4截面和拱脚截面内力，具体项目如下：

（a）拱脚轴力最不利时拱脚截面内力；（b）拱脚负弯矩最不利时拱脚截面内力；（c）1/4跨正弯矩最不利时拱顶截面内力；（d）拱顶正弯矩最不利时拱顶截面内力。

按桥梁规范进行组合，当自重内力与活载内力同号时：

当自重内力与活载内力异号时：

考虑自重、活载、收缩徐变以及当地全年最大温差25 ℃作用下的内力，计算结果见表1。

表1 荷载效应汇总

4.4 拱圈正截面强度验算

拱圈正截面强度，按（JTJ022—85）第3.0.2条计算。拱圈是以拱脚截面荷载组合控制。此时，N=-5929.6kN，M=-2610.1kN·m。

已知 A=1.83m2，I=2.11×104m4。

4.4.1 截面回转半径

4.4.2 偏心距

e0=M/N=0.44m＜0.5y=0.5×1.05m=0.53m

4.4.3 纵向偏心影响系数

4.4.4 材料安全系数

γm=1

4.4.5 正截面强度计算

计算表明，正截面强度验算满足（JTJ022—85）要求。

4.5 承载能力检算结论

正截面强度验算满足（JTJ022—85）要求。

5 结论

结合该双曲拱桥的结构受力特点，参考荷载试验及承载力验算结果，得出以下结论：1）该桥上部结构刚度不满足规范要求，该桥未处于弹性工作状态。2）该桥正截面强度验算符合规范要求，建议对该桥进行加固，以增加其刚度，并定期对桥梁进行检测、养护，保证桥梁结构的安全运营。