劲性骨架钢筋混凝土拱桥承载能力检算研究

张文

（四川省攀枝花市公路管理处，四川 攀枝花617000）

1 引言

劲性骨架钢筋混凝土箱型拱桥首先需要架设自重轻、强度和刚度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内浇筑混凝土形成钢管混凝土， 再在钢管混凝土骨架外挂模板浇筑外包混凝土，形成内填外包型劲性骨架混凝土上部结构[1]。 20 世纪90 年代，劲性骨架钢筋混凝土箱型拱桥在我国得到了广泛应用，但限于当时理论研究相对落后、设计规范缺失等条件，运营多年后，这些桥梁出现了不同程度的病害。 这些都直接影响了行车的安全性、快捷性和舒适性，很难适应当今高速发展的交通系统。

如何有效地对这类桥梁进行健康状况评价， 确保结构及运营安全，做好承载能力评定是关键。 本文结合某劲性骨架钢筋混凝土箱型拱桥特殊检查工程实例， 总结了该类桥型承载能力检算经验，可为同类工程提供参考。

2 工程概况

倮果金沙江大桥位于攀枝花市省道S214 线， 跨越金沙江。 桥梁全长208m，由主孔及两侧边孔组成，其中，主孔为单跨中承式劲性骨架钢筋混凝土箱型肋拱桥，净跨160m。 本桥竣工于1993 年10 月，其设计荷载等级为：汽-超20 级，挂-120 级，人群3.5kN/m2，目前桥梁总重限载55t，单轴限载14t，限速20km/h。

该桥定期检查中发现的上部结构病害如下：2#排架盖梁有几处混凝土剥落；全桥吊杆存在多处上锚头黄油不饱满、钢束轻微锈蚀，个别上锚头黄油变质、轻微积水，多处吊杆防护套轻微破损、表面涂层轻微剥落等病害；桥面板多处混凝土剥落；吊杆横梁共计多处混凝土剥落、露筋锈蚀等；全桥多个支座开裂、局部脱空，3 个支座完全脱空，1 个支座串动、脱空、位移，1 个支座横向剪切变形+局部脱空；两侧钢纵梁均存在不同程度的锈蚀。

3 承载能力检算

3.1 检算方法

本桥为中承式劲性骨架钢筋混凝土箱形肋拱桥，JTG/T J21—2011《 公路桥梁承载能力检测评定规程》[2]（ 以下简称《 评定规程》） 中并未对该类桥梁的承载能力检算进行明确规定，按照《 评定规程》6.1.1 的规定：“ 在用桥梁结构检算遵循桥梁设计规范。 在规范无明确规定的情况下，在用桥梁结构检算也可采用为科研所证实的其他可靠方法”。 故本项目桥梁检算依据GB 50923—2013《 钢管混凝土拱桥技术规范》[3]（ 以下简称《 技术规范》），同时参考CJJ/T 233—2015《 城市桥梁检测与评估技术规范》[4]（ 以下简称《 评估技术规范》）中关于此类桥梁的检算方法进行。

3.2 检算模型建立

采用桥梁专用有限元计算软件MIDAS/Civil 进行计算，考虑自重、二期恒载、汽车荷载、人群荷载、温度荷载等作用，并按照实际检测成果（ 结构尺寸、材料强度）对桥梁进行建模计算。 主拱圈劲性骨架和外包混凝土均采用梁单元模拟，外包混凝土按照扣除钢管混凝土的箱形截面计入， 二者通过刚臂连接实现变形协调。

3.3 检算成果

参照《 评估技术规范》第5.4.3 条规定，钢结构构件承载能力评定应符合下列规定：（ 1）承载能力极限状态下，钢结构或构件的承载力的评定应符合现行行业标准JTG D64—2015《 公路钢结构桥梁设计规范》（ 以下简称《 设计规范》）的规定；（ 2）正常使用极限状态下，按《 设计规范》规定的作用组合计算的挠度值，不得超过规范表5.4.1-1 规定的限值。 经检算，在承载能力极限状态下，该桥主梁纵横梁及桥面板正截面抗弯、斜截面抗剪能力均满足规范要求。 正常使用极限状态下，构件的挠度、抗裂性能均满足规范要求。 主拱箱肋在最不利荷载组合下的轴力和弯矩包络图如1 图所示。

图1 主拱圈轴力及弯矩包络图

提取拱脚截面、 四分点截面和拱顶截面的轴力和弯矩进行正截面偏心受压承载力检算。 由计算结果可知，主拱箱肋的正截面偏心受压承载力满足规范要求。 钢管劲性骨架在基本组合下的最大正应力为-175.7MPa，最大剪应力为7.41MPa，满足规范要求。参考《 技术规范》第6.0.4 条，钢管混凝土拱肋的挠度计算， 按短期效应组合并消除结构自重产生的长期挠度后，在一个桥跨范围的正负挠度绝对值之和的最大值不应大于计算跨径的1/1 000。 经计算，该桥最大正挠度（ 向下）为13.4mm，最大负挠度（ 向上） 为11.4mm， 偏于安全， 将二者直接相加13.4+11.4=24.8mm＜160 000/1 000=160mm，满足规范要求。

4 荷载试验结果

倮果金沙江大桥特殊检查过程中顺利完成了各试验工况的加载。 试验结论为：该桥试验跨各控制断面的实测强度、刚度均满足设计及规范要求， 试验跨能够满足设计荷载通行使用要求。 荷载试验结果同承载能力检算成果相吻合。

5 结论

本文通过一个劲性骨架钢筋混凝土箱型拱桥特殊检查工程实例，经该桥承载能力检算，并于该桥荷载试验成果对比得到结论如下：

1）由于《 评定规程》中并未对劲性骨架拱桥的承载能力检算进行明确规定，因此，此类桥梁检算依据《 技术规范》，同时参考《 评估技术规范》中关于此类桥梁的检算方法进行是可行的，检算结果是可信的；

2）劲性骨架拱桥承载能力检算模型可按照主拱圈劲性骨架和外包混凝土均采用梁单元模拟， 外包混凝土按照扣除钢管混凝土的箱形截面计入，二者通过刚臂连接实现。