基于靜載試驗的空腹式雙曲拱橋承載能力研究

譚　明

(上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200444)

基于靜載試驗的空腹式雙曲拱橋承載能力研究

譚明

(上海同豐工程咨詢有限公司，上海 200444)

摘要：以一座三跨空腹式雙曲拱橋為例，介紹了雙曲拱橋的構造及受力特點，并對橋梁空間結構簡化為平面桿系結構進行承載能力理論分析。通過靜載試驗，把理論值和實測值進行對比，驗證了單片拱肋模型計算結構受力是比較安全的，為雙曲拱橋承載能力評定提供了更多依據(jù)。

關鍵詞：雙曲拱橋；承載能力；靜載試驗

1引言

上世紀六十年代，創(chuàng)建和發(fā)展了一種新型拱橋——雙曲拱橋。這種橋型用鋼量不多，施工周期短，結構輕巧美觀，跨徑適應性大，滿足當時交通運輸需求，得到了廣泛的推廣[1]。但早期修建的雙曲拱橋已不能滿足現(xiàn)代交通量增加及荷載等級的提高，因此，判定在役雙曲拱橋的實際承載能力已成為確保其安全運管的重要措施。

2雙曲拱橋基本組成及主要特點

雙曲拱橋一般由主拱圈及拱上建筑所構成。主拱圈是主要受力構件，橋面荷載通過它傳遞給下部結構墩臺及基礎。由于主拱圈為曲線，車輛無法平穩(wěn)行駛，因此在主拱圈與橋面之間需要設有傳遞荷載的構件或填充物。主拱圈與橋面之間的構件或填充物即為拱上建筑。

雙曲拱橋主拱圈橫截面一般由多榀拱肋組成，拱肋之間設有拱波和橫梁，增強拱肋間的橫向聯(lián)系。主拱圈在橋梁橫向和縱向均呈弧線狀。拱上建筑按照其結構形式和填充物不同，可分為實腹式和空腹式兩種，其主要作用是用來構成平緩的橋面和傳遞荷載。

雙曲拱橋為超靜定的空間結構[2]，當活載作用在橋面上時，拱上建筑和主拱圈共同承受荷載，這種共同參與結構受力通常是對橋梁受力較為有利的。對于修建年代較為久遠的雙曲拱橋，不考慮主拱圈與拱上建筑的共同作用是偏安全的。

3工程實例

3.1工程概況

背景橋梁是桂林市一座三跨空腹式雙曲拱橋，該橋修建于1966年，設計荷載為汽車-10級。橋梁全長76.7m，跨徑組合為20.85m+21.7m+20.85m。橋面總寬為5.9m，橋寬布置為：0.3m欄桿基座+5.3m車行道+0.3m欄桿基座。

上部結構主拱圈每跨設有6榀拱肋，拱肋上方架設預制微彎板，微彎板上方整體澆筑混凝土形成拱板，相鄰拱肋間設有9道橫系梁。下部結構采用重力式墩臺，基礎均為擴大基礎。

3.2承載能力檢算

承載能力理論計算：采用midas civil橋梁計算軟件建立單片拱肋進行分析。檢算主要針對上部結構拱肋進行，檢算內容為承載能力極限狀態(tài)下拱頂截面、L/4截面和拱腳截面的受壓強度驗算。

采用簡化計算法來計算雙曲拱橋荷載橫向分布系數(shù)[4]，選取荷載橫向分布系數(shù)最大的拱肋進行承載能力檢算，各檢算截面荷載效應最不利組合值及截面承載能力檢算結果見表1。

表1　拱肋控制截面檢算結果

注：軸力“+”表示受拉，“-”表示受壓；彎矩“+”表示截面下緣受拉，“-”表示截面上緣受拉。

通過以上檢算結果，可以得到如下結論：目前該橋拱肋能夠滿足汽車-10級荷載的安全承載要求。

3.3橋梁靜載試驗

3.3.1測試斷面及測點布置

試驗選取第1跨作為試驗跨，并按照規(guī)范[5]選取3個應變測試斷面和2個撓度測試斷面，斷面位置及測點布置示意圖見圖1-圖2。

圖1　測試斷面位置布置圖(單位：mm)

圖2　應變、撓度測點布置示意圖

3.3.2荷載及效率系數(shù)

采用1輛重約23t兩軸載重貨車作為試驗荷載的加載車輛，測試斷面靜載試驗效率系數(shù)，見表2。

表2　試驗效率系數(shù)

3.3.3試驗成果及分析

(1)荷載橫向分布系數(shù)

拱肋撓度實測值及橫向分布系數(shù)實測曲線與理論計算曲線對比分別見表3及圖3。

表3　拱肋撓度實測值及橫向分布系數(shù)

圖3　實測橫向分布系數(shù)與理論橫向分布曲線對比

(2)結構荷載效應校驗系數(shù)

試驗荷載下各斷面測點應變實測值、理論值及校驗系數(shù)見表4，撓度實測值、理論值及校驗系數(shù)見表5。

表4　測點應變實測值、理論值和校驗系數(shù)

表5　測點撓度實測值、理論值和校驗系數(shù)

(3)剛度檢驗

在試驗荷載作用下，拱頂斷面撓度最大值為0.44mm，L/4拱肋斷面正負撓度絕對值之和最大值為0.27mm，推算至汽車-10級荷載下，拱肋拱頂斷面最大撓度值為0.32mm，L/4拱肋斷面正負撓度絕對值之和最大值為0.22mm，均小于拱橋撓度允許值，表明在汽車-10級荷載作用下，豎向剛度滿足規(guī)范要求。

(4)靜載試驗結論

(a)在試驗荷載作用下，實測荷載橫向分布系數(shù)最大值較理論值小，且實測橫向分布系數(shù)較理論值均勻，說明實際橫向聯(lián)系狀況較好。

(b)各控制斷面主要測點應變及撓度校驗系數(shù)均小于1，滿足規(guī)范要求。

(c)推算至汽車-10級荷載下，拱肋拱頂斷面最大撓度值為0.32mm，L/4拱肋斷面正負撓度絕對值之和最大值為0.22mm，豎向剛度滿足規(guī)范要求。

4結語

(1)雙曲拱橋在承載能力計算上引入荷載橫向分布系數(shù)，把空間結構轉為平面桿系結構來進行受力分析是合理的、安全的。

(2)舊橋承載能力的確定應基于結構檢查、檢測結果，并對結構進行承載能力分析。若橋梁設計、竣工資料不全，理論計算不能完全模擬橋梁實際狀況，應采取荷載試驗對橋梁進行承載能力評定。

(3)對于修建年代較為久遠且設計資料缺失的雙曲拱橋進行承載能力判定時，橋梁荷載試驗是最合適的方法。

參考文獻

[1]交通部科學研究院,等.公路雙曲拱橋-上部構造設計計算[M].北京:人民交通出版社,1980.

[2]姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]CJJ 99-2003 城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范[J].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[4]李國豪.公路橋梁荷載橫向分布計算[M].北京:人民交通出版社,1987.

[5]JTG/T J21-2011 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京:人民交通出版社.

Study on Carrying Capacity of Double Arch Bridge based on Static Load Test

Tan Ming

(Tongfeng of Engineering Consulting Co.,Ltd.Shanghai 200444,China)

Abstract：Taking a three-span double arch bridge as an example,the structure and stress characteristics of double arch bridge are introduced in the paper.The spatial structure of the bridge is simplified to plane truss structure,and the carrying capacity of the bridge is analyzed in theory.The theoretical values and the measured values of the static load test are compared,and the test results show that the stress of single arch rib structure is relatively safe,which provides more references for evaluating the carrying capacity of double arch bridge.

Keywords:double arch bridge;carrying capacity;static load test

[收稿日期]2016-02-21

[作者簡介]譚明(1989—)，男，湖北荊州人，工學學士，從事橋梁檢測工作。

中圖分類號：U441+.2

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1674-3407.2016.01.011