大跨中承式鋼管混凝土拱橋靜載試驗

全 健

（合江縣交通運輸工程建設管理中心，四川瀘州 646200）

1 工程概況

合江長江公路大橋是省道S438線跨越長江的重要橋梁，也是瀘渝高速和國道G353線的重要紐帶。合江公路長江大橋主橋采用80.5 m+507 m+80.5 m中承式鋼管混凝土系桿拱，凈矢跨比1/4，拱軸系數(shù)為1.5[1]。拱肋采用鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，每肋為上、下各兩根鋼管混凝土弦管組成[2]。主梁采用鋼筋混凝土組合格子梁結(jié)構(gòu)；主墩基礎采用10根φ2.5 m鉆孔灌注樁[3]。橋?qū)?2.9 m，道路等級為一級，設計速度為60 km/h。大橋于2015年11月6日開工建設，2021年6月25日正式通車。

2 有限元模型建立

根據(jù)大橋設計圖紙等相關(guān)資料，采用Midas Civil有限元軟件建立分析模型[4]。主拱圈、副拱圈、縱橫梁、拱座采用梁單元模擬，系桿、吊桿采用桁架單元模擬，橋面板采用板單元模擬。荷載采用公路-I級、人群3.5 kN/m2，按雙向6車道加載計算。

3 試驗方案

3.1 試驗工況

為保障大橋及時通車與安全運營，項目組于2021年6月10日～2021年6月13日對大橋進行了靜載試驗測試。基于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）[5]及《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）[6]開展靜載試驗，選定大橋最不利截面，測得不利截面的撓度與應變。其中控制性不利截面共設置9個，如圖1所示。靜載試驗分10個工況進行，各工況測試內(nèi)容如表1所示。

圖1 大橋靜載試驗控制截面（單位：mm）

3.2 荷載試驗效率

試驗采用32輛三軸重車進行等效布載，試驗前對每臺車輛進行稱重，試驗車類型如圖2所示。荷載試驗效率明細如表2所示，效率范圍為0.92～1.04，滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）規(guī)定的0.85～1.05要求［5］。

圖2 荷載試驗車（單位：mm）

表2 合江長江公路大橋靜載測試試驗效率

3.3 測點布置

為測試各荷載工況下主拱肋、系梁、中橫梁的應變，在測試截面布置振弦式傳感器，布置位置如圖3所示。為測試各荷載工況下橋面撓度，在主梁測試截面布置撓度測點，布置位置如圖4所示。

圖3 應變測點布置

圖4 大橋撓度測點布置

4 測試結(jié)果分析

4.1 撓度測試結(jié)果

圖5給出了各工況下大橋的實測撓度值和計算撓度值的比較，其中撓度向下為負，向上為正。

圖5 大橋主梁控制截面撓度對比

可以發(fā)現(xiàn)，不同工況下，各測試截面的撓度值與有限元模型計算結(jié)果較為吻合，其相對誤差在8%以內(nèi)。同時，計算分析發(fā)現(xiàn)，控制截面撓度校驗系數(shù)峰值為0.95，小于1，說明該橋剛度設計滿足要求。各工況卸載后，相對殘余變形在2.86%～15.19%之間，均小于20%，說明橋梁處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)整體受力性能良好。

4.2 應變測試結(jié)果

不同加載工況下大橋各控制截面實測應變和計算應變對比如圖6所示。

由圖6可以看出，各測試截面實測應變分布曲線與有限元分析結(jié)果吻合度較高，其相對誤差在10%以內(nèi)，可說明有限元模型的準確性。同時，各工況控制截面應變校驗系數(shù)在峰值為0.94，說明大橋整體受力性能良好且設計強度滿足規(guī)范要求；在卸掉荷載之后，其相對殘余變形在0～17.09%，均小于20%，表明橋梁處于彈性工作狀態(tài)。

圖6 各工況下控制截面應變對比

5 結(jié)語

本文通過對合江長江公路大橋進行現(xiàn)場荷載試驗，通過現(xiàn)場實測與有限元數(shù)值模擬，得到結(jié)論：

（1）荷載試驗各工況荷載效率滿足靜荷載試驗要求；

（2）荷載試驗對結(jié)構(gòu)是安全的，試驗過程中上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)均未出現(xiàn)因試驗加載而產(chǎn)生的裂縫；

（3）大橋試驗跨各檢測點撓度、應變的殘余變位均在20%以內(nèi)，變形恢復良好，滿足規(guī)范要求，主要受力構(gòu)件處于彈性工作狀況；

（4）大橋試驗跨各測點撓度、應變的校驗系數(shù)均小于1，設計強度與剛度滿足規(guī)范要求；

（5）在各工況加載過程中，未發(fā)現(xiàn)橋梁有異常振動、聲響以及裂縫出現(xiàn)。