圬工拱桥检测评估分析

陈晓文

（中南林业科技大学 土木工程学院，湖南 长沙 410004）

桥梁检测是通过对桥梁的技术状况及缺陷和损伤的性质、部位、严重程度及发展趋势，查明造成桥梁损坏的原因，从而能更好评估已损坏部位对桥梁的正常使用影响，利用专业仪器测量与试验，获取可靠数据为后期加固维修提供数据依据。

1 工程概况

该桥为一跨实腹式圬工拱桥，跨径为8 米，桥面宽7.5 米，修建时间较长，且桥梁状况特殊，是在年就长远的旧桥上进行扩建，新旧结合，旧桥部分损坏较为严重，且相关的设计资料及图纸已经缺失，数据皆为现场实测。需通过130 吨的重车。

2 桥梁检测

2.1 外观检测

该桥应运营时间长久，损坏较明显。桥墙体出现裂缝、灰缝剥落，桥台空桥台出现沉降裂缝，护栏混凝土开裂，路面出现横向裂缝。最总技术评分表1。

表1 桥梁总体技术状况评分

2.2 桥梁结构检算

拱桥主要材料参数、荷载布置及其组合如下：

2.2.1 材料参数

查阅相关规范，该圬工拱桥的结构材料参数取值见表2。

表2 材料参数

2.2.2 荷载

一期恒载：自重q=330.0kN/m

二期恒载：混凝土铺装+钢筋混凝土护栏q=48.8N/m

活载：风力发电机组运输特种荷载

2.2.3 荷载组合

标准荷载组合：公路二级

特殊荷载组合：1.0×恒载+1.0×特种荷载。

利用MIDAS 建立有FEM 模型，对圬工拱桥进行数值分析。计算模型如图1 所示。

图1 计算模型

根据最新的相关规范和桥梁技术状况评定结果，该圬工拱桥的桥承载力折算系数Z1取1.0，承载能力极限状态主要计算结果如表3 所示。

根据表3，圬工拱桥跨中最大轴力组合作用值为2626.1 kN，结构抗力为5977.97kN，抗力大于作用值。

表3 承载能力极限状态验算结果

根据有限元模拟结果以及现场检测评估、理论分析及现场外观检测，综合考虑结果：该圬工拱桥承载能力理论上是安全的。

2.3 静载试验

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，对该桥进行静载试验。本次试验荷载采用两辆陕汽德龙载重汽车，总吨位为1200kN。

2.3.1 试验程序

整个试验按照以下程序进行：测试主拱圈的恒载（静止）挠度→主拱圈测试截面分拱顶（脚）三级进行加载→主拱圈变形和应变测试。并对主拱圈、拱脚工作状况和裂缝开展情况进行观测。

2.3.2 试验规则

在静力加载试验过程中，再次加、卸载的持续时间取决于圬工拱桥位移最大的测点达到稳定标准所需要的时间决定了加载、卸载所需的时间。实际观测时，根据现场实际情况，控制在10 分钟左右。

2.3.3 测试断面、测试工况与测点布置

测试断面：试验时选取拱顶，拱脚和1/4 截面，按设计荷载并满足加载效率进行加载测试。

测试工况：对该桥拱顶、拱脚进行最大弯矩加载试验，测试典型截面的纵向应力、位移及裂缝。

测点布置：

（1）应变测点

在拱顶截面，于拱底左侧、中间、右侧位置各布置一个应变测点；在拱脚和1/4 截面处均在拱底左侧、中间各布置一个应变测点采用振弦式应变计对以上截面的应变进行测试。

（2）挠度测点

于拱顶、L/4、拱脚截面处设置挠度测点，于桥面上下游两侧各置一台精密水准仪，对主拱圈挠度进行测量。

静载试验应既能保证结构安全，又能充分暴露结构承载能力。试验荷载效率系数应满足： 0 .95 < η<1.05。本次各级加载的试验荷载效率系数见表4。

表4 拱顶（脚）截面各级试验效率系数

应力测试结果分析：

拱顶加载各测点的应力校验系数在0.84～0.89 之间，拱脚加载各测点的应力校验系数在0.71～0.90 之间，说明结构受力状况良好。

挠度测试结果分析：

拱顶加载各测点挠度校验系数在0.40～0.85 之间，拱脚加载各测点挠度校验系数在0.21～0.71 之间，说明结构刚度一般。

2.4 动载试验

测点布置:

在圬工拱桥跨中、L/4 截面、3L/4 截面处布置传感器。

结构测试模型:

沿纵桥向分成四等份，分别在节点2（l/4L）、3（l/2L）、4（3/4L）放置相对应的拾振器，试验结果见表5 及图2。

表5 跳车试验测试结果

图2 拱桥实测振型图（一阶模态）

由动载试验结果可知：一阶自振频率实测值为计算值的1.08 倍，表明结构实际刚度大于理论刚度，符合《公路桥涵设计通用规范》的要求。

3 评定结果及建议

根据桥梁技术状况评定、现场动、静载的实验数据，以及理论计算分析等综合判定：该桥满足重件运输要求。

建议重载运输车辆靠近新桥测低速通行，为避免应力集中应在桥面铺设钢板，并在重型汽车过桥时持续对桥梁结构观测和交通管制，如出现异常情况，应及时处理。