大跨中承式钢管混凝土拱桥静载试验

全 健

（合江县交通运输工程建设管理中心，四川泸州 646200）

1 工程概况

合江长江公路大桥是省道S438线跨越长江的重要桥梁，也是泸渝高速和国道G353线的重要纽带。合江公路长江大桥主桥采用80.5 m+507 m+80.5 m中承式钢管混凝土系杆拱，净矢跨比1/4，拱轴系数为1.5[1]。拱肋采用钢管混凝土桁架结构，每肋为上、下各两根钢管混凝土弦管组成[2]。主梁采用钢筋混凝土组合格子梁结构；主墩基础采用10根φ2.5 m钻孔灌注桩[3]。桥宽32.9 m，道路等级为一级，设计速度为60 km/h。大桥于2015年11月6日开工建设，2021年6月25日正式通车。

2 有限元模型建立

根据大桥设计图纸等相关资料，采用Midas Civil有限元软件建立分析模型[4]。主拱圈、副拱圈、纵横梁、拱座采用梁单元模拟，系杆、吊杆采用桁架单元模拟，桥面板采用板单元模拟。荷载采用公路-I级、人群3.5 kN/m2，按双向6车道加载计算。

3 试验方案

3.1 试验工况

为保障大桥及时通车与安全运营，项目组于2021年6月10日～2021年6月13日对大桥进行了静载试验测试。基于《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）[5]及《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21—2011）[6]开展静载试验，选定大桥最不利截面，测得不利截面的挠度与应变。其中控制性不利截面共设置9个，如图1所示。静载试验分10个工况进行，各工况测试内容如表1所示。

图1 大桥静载试验控制截面（单位：mm）

3.2 荷载试验效率

试验采用32辆三轴重车进行等效布载，试验前对每台车辆进行称重，试验车类型如图2所示。荷载试验效率明细如表2所示，效率范围为0.92～1.04，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01—2015）规定的0.85～1.05要求［5］。

图2 荷载试验车（单位：mm）

表2 合江长江公路大桥静载测试试验效率

3.3 测点布置

为测试各荷载工况下主拱肋、系梁、中横梁的应变，在测试截面布置振弦式传感器，布置位置如图3所示。为测试各荷载工况下桥面挠度，在主梁测试截面布置挠度测点，布置位置如图4所示。

图3 应变测点布置

图4 大桥挠度测点布置

4 测试结果分析

4.1 挠度测试结果

图5给出了各工况下大桥的实测挠度值和计算挠度值的比较，其中挠度向下为负，向上为正。

图5 大桥主梁控制截面挠度对比

可以发现，不同工况下，各测试截面的挠度值与有限元模型计算结果较为吻合，其相对误差在8%以内。同时，计算分析发现，控制截面挠度校验系数峰值为0.95，小于1，说明该桥刚度设计满足要求。各工况卸载后，相对残余变形在2.86%～15.19%之间，均小于20%，说明桥梁处于弹性工作状态，结构整体受力性能良好。

4.2 应变测试结果

不同加载工况下大桥各控制截面实测应变和计算应变对比如图6所示。

由图6可以看出，各测试截面实测应变分布曲线与有限元分析结果吻合度较高，其相对误差在10%以内，可说明有限元模型的准确性。同时，各工况控制截面应变校验系数在峰值为0.94，说明大桥整体受力性能良好且设计强度满足规范要求；在卸掉荷载之后，其相对残余变形在0～17.09%，均小于20%，表明桥梁处于弹性工作状态。

图6 各工况下控制截面应变对比

5 结语

本文通过对合江长江公路大桥进行现场荷载试验，通过现场实测与有限元数值模拟，得到结论：

（1）荷载试验各工况荷载效率满足静荷载试验要求；

（2）荷载试验对结构是安全的，试验过程中上部结构和下部结构均未出现因试验加载而产生的裂缝；

（3）大桥试验跨各检测点挠度、应变的残余变位均在20%以内，变形恢复良好，满足规范要求，主要受力构件处于弹性工作状况；

（4）大桥试验跨各测点挠度、应变的校验系数均小于1，设计强度与刚度满足规范要求；

（5）在各工况加载过程中，未发现桥梁有异常振动、声响以及裂缝出现。