雙曲拱橋檢測與承載力研究

劉敬濤

（福建省交通建設工程試驗檢測有限公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

某雙曲拱橋為單跨混凝土雙曲拱橋，拱軸線形式為懸鏈線，拱軸系數m=1.67。由于橋梁設計圖紙缺失，根據現(xiàn)場尺寸調查，上部結構采用1×36 m（凈跨徑）的等截面空腹式混凝土結構；橋面寬度為6.7 m，由0.35 m（欄桿）+6 m（車行道）+0.35 m（欄桿）=6.7 m組成，主拱圈總寬度為6.85 m，由5個拱肋和4個拱波組成，拱肋寬0.30m，高0.4 m，拱肋間距1.64 m；凈矢高為5.30 m，凈矢跨比為 1/6.79；下部結構為漿砌塊石重力式墩臺；橋面采用 30.0 cm 厚水泥混凝土鋪裝。橋梁設計荷載等級不詳，參考同時期拱橋資料，該橋設計荷載采用汽-15，掛-80級進行計算，主拱圈混凝土設計強度按標號25進行計算。

2 靜載試驗

2.1 內力計算

該次試驗利用橋梁結構計算分析軟件計算在設計荷載（作用下試驗跨控制截面的最大內力，主拱圈混凝土設計強度按標號25進行計算，車道數為雙向2車道。

2.2 測試斷面的確定

依據（JTG/T J21—2011）的規(guī)定，參照橋梁在設計活載作用下的內力包絡圖，選擇內力最不利的截面作為觀測截面。

2.3 測點布置

為了分析本橋在試驗荷載作用下的應變，在觀測截面處，每片拱肋在底部布置1個電阻應變計，共計15測點。為了分析橋梁結構在試驗荷載作用下的撓度情況，在橋面處布置5個撓度計，共計10撓度測點。

2.4 靜載試驗結果

2.4.1 應變測試結果

工況1應變校驗系數平均值為1.39；工況2應變校驗系數平均值為0.95；工況3應變校驗系數平均值為0.87。在3個試驗工況下各測試截面應變實測值不全小于理論計算值，應變校驗系數不全小于1，不符合（JTG/T J21—2011）的規(guī)定，主要測點實測應變與相應等級荷載變化曲線不接近于直線，說明該橋結構未處于彈性工作狀態(tài)。

2.4.2 撓度測試結果

工況1撓度校驗系數平均值為1.53；工況2撓度校驗系數平均值為1.38。在2個試驗工況下各測試截面撓度實測值不全小于理論計算值，撓度校驗系數不全小于1，不符合（JTG/T J21—2011）的規(guī)定，其剛度不滿足設計要求。

3 動載試驗

根據有限元理論采用有限元計算軟件進行仿真模擬計算，該橋第1階振型為5.95 Hz，小于實測值6.83。

4 承載能力評定

4.1 檢算項目

拱頂、1/4孔截面、拱腳強度驗算。

4.2 截面材料及尺寸

（1）經現(xiàn)場檢測，拱肋、拱波、拱板均采用鋼筋混凝土，依據（JTJ023—85）第2.1.2條，材料特性取值如下：

軸心抗壓設計強度Ra=14.5MPa；彎曲抗拉強度設計值R1=1.55MPa；彈性模量E=2.85×104 MPa；

（2）根據現(xiàn)場檢測結果，拱肋寬0.30 m，高0.40 m，拱肋間距1.64 m，拱波寬1.34 m，高0.15 m，橫斷面尺寸圖如圖1所示。

圖1主拱圈橫截面尺寸圖（單位：cm）

4.3 主拱圈檢算荷載效應

利用midas建立全橋模型，計算拱頂截面、1/4截面和拱腳截面內力，具體項目如下：

（a）拱腳軸力最不利時拱腳截面內力；（b）拱腳負彎矩最不利時拱腳截面內力；（c）1/4跨正彎矩最不利時拱頂截面內力；（d）拱頂正彎矩最不利時拱頂截面內力。

按橋梁規(guī)范進行組合，當自重內力與活載內力同號時：

當自重內力與活載內力異號時：

考慮自重、活載、收縮徐變以及當地全年最大溫差25 ℃作用下的內力，計算結果見表1。

表1 荷載效應匯總

4.4 拱圈正截面強度驗算

拱圈正截面強度，按（JTJ022—85）第3.0.2條計算。拱圈是以拱腳截面荷載組合控制。此時，N=-5929.6kN，M=-2610.1kN·m。

已知 A=1.83m2，I=2.11×104m4。

4.4.1 截面回轉半徑

4.4.2 偏心距

e0=M/N=0.44m＜0.5y=0.5×1.05m=0.53m

4.4.3 縱向偏心影響系數

4.4.4 材料安全系數

γm=1

4.4.5 正截面強度計算

計算表明，正截面強度驗算滿足（JTJ022—85）要求。

4.5 承載能力檢算結論

正截面強度驗算滿足（JTJ022—85）要求。

5 結論

結合該雙曲拱橋的結構受力特點，參考荷載試驗及承載力驗算結果，得出以下結論：1）該橋上部結構剛度不滿足規(guī)范要求，該橋未處于彈性工作狀態(tài)。2）該橋正截面強度驗算符合規(guī)范要求，建議對該橋進行加固，以增加其剛度，并定期對橋梁進行檢測、養(yǎng)護，保證橋梁結構的安全運營。