大跨径拱桥静动载试验分析与评价

耿泽

中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃省730000

摘要：文章通过对福建省境内某技术状况为3类的特大跨径钢筋混凝土拱桥进行荷载试验及数据分析，运用了大型有限元软件MidasCivil建立空间模型，对该桥拱肋的实测值与计算值分别进行了比较。结果表明：对于静载试验，结构刚度和强度均满足设计要求；对于动载试验，桥梁整体刚度较小，实测冲击系数略高与计算值；并利用动应变时程曲线计算动载校验系数，校核常规试验的结果。

关键词：荷载试验；桥梁技术状况；大跨径拱桥；静载；动载

近年来，随着公路运输压力的不断增加，对设计、在建、在役及技术加固后的桥梁的质量要求越来越高，对桥梁进行荷载试验，确定其结构的承载能力和使用性能，检测桥梁结构的实际工作状态是否满足设计荷载作用下的工作要求，便显得尤为重要[1]。

1桥梁概况

该桥设计方案为：5×20米预应力空心板+1×228.2米钢筋混凝土箱型拱+3×20米预应力空心板（全桥桥长405.4米），拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.875，主桥力学模型采用有限元软件midasCivil参考设计图纸建立有限元模型。

2试验方案

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21—2011）（以下简称《规程》）中有关拱桥加载测点位置的规定及参考试验现场具体情况，选取拱桥拱顶截面和拱脚截面作为测试断面。

本文采用频域法中峰值拾取法，也是目前桥梁模态识别的主要方法，操作简单，识别快，直接利用环境激励下的响应信号来识别模态参数，无需激振设备。采用1辆总重约为35t的载重汽车，在桥面上无任何障碍的情况下，利用动态数据采集仪器配便携计算机测试测点应变在时域中的变化，根据控制截面测点在行车试验时记录的动应变曲线进行分析处理计算活载冲击系数。

3试验结果及分析

测试结果表明，实测最大的挠度均小于有限元计算值，挠度校验系数为0.64、0.70、0.81和0.54，满足《规程》中小于1的要求，由此说明在试验荷载作用下测试截面的刚度满足设计要求[2]。桥面相对残余挠度较大与桥梁的技术状况不良，梁板存在多条裂缝相吻合。

拱肋应变校验系数均满足《规程》中不大于1的要求，说明在试验荷载下，拱肋强度满足设计要求。拱肋相对残余应变均超过《规程》中20%的规定，说明拱肋在试验荷载作用下弹性状态不佳，在较大的车辆荷载下，拱肋会发生塑性变形。

由于该桥空心板、拱肋及拱座存在着较多裂缝，部分支座缺失，全桥刚度必定受到影响，竖向振动实测频率0.98略小于计算值1.12，说明实际结构竖向刚度小于计算刚度，结构刚度稍有削弱[3]。冲击系数计算值和实测值较接近，由于部分墩顶负弯矩较大，导致桥面铺装存在多条横向裂缝，冲击系数的实测值比计算值稍大。

4结语

该桥的技术状况评定为三类桥，通过现场试验现象、试验数据以及试验结果的分析，可得到如下结论：

（1）静载试验结果表明，该桥的挠度和应变校验系数均满足规范要求，结构的刚度和强度均满足设计要求，但大部分残余值超过20%，根据该桥出现的裂缝和其他技术状况，在较大车辆荷载下，会发生塑性变形。

（2）自振特性分析结果表明，由于该桥空心板、拱肋及拱座存在着较多裂缝，部分支座缺失，全桥刚度必定受到影响，竖向振动实测基频略小于计算值，说明实际桥梁整体竖向刚度小于计算刚度，结构刚度稍有削弱。

（3）冲击系数结果表明，由于部分墩顶负弯矩较大，导致桥面铺装存在多条横向裂缝，无障碍行车得到的冲击系数略高于计算值，结构冲击系数直接关系到桥梁的安全和经济性能，这种现象会缩短车辆的行驶寿命,并加剧路面的破坏[4]。

（4）行车试验校验结果表明，结构在动载试验中，桥梁具有一定的安全储备。

参考文献：

[1]肖勇刚,胡丽湘.基于荷载试验的预应力空心板桥承载能力分析[J].公路与汽运,2014,30(1):210-214.

[2]张志刚,肖盛燮.某三跨连续梁桥静动载试验分析[J].交通科技与经济,2014,16(3):66-70.

[3]吴桂林,赵宾.小跨径板梁桥承载力快速评定模型研究[J].公路,2014,06:321-324.

[4]黄立葵，盛灿花.车辆动荷系数与路面平整度的关系[J].公路交通科技，2006，23(3):27-30.