既有大跨度钢筋混凝土拱桥荷载试验.pdf
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1、1 0 4 桥梁结构 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 3 年 4 月第 4 期 既有大跨度钢筋混凝土拱桥荷载试验 甘 袁华 ( 六盘 水市 规划 设计研 究 院 , 贵州六 盘水5 5 3 0 0 1 ) 摘 要 : 在 对既 有钢筋 混凝土拱 桥进 行有 限元分析 的基 础上 , 在满 足荷载试 验效 率 的前提下 , 首 先确定 荷 载试验 工况 、 车辆 荷 载 及布置、 试验分级及测试项目等关键内容 , 然后对其进行现场荷载试验。 通过现场加载试验来对其承载能力进行评定, 进一步明确 钢筋混凝土拱桥荷载试验的步骤和重点。 关键 词 : 钢筋 混凝土拱 桥 ; 荷 载试验 ; 有限元分
2、 析 ; 应 变 ; 挠度 ; 裂缝 中图分类号 : U 4 4 6 文 献标 识码 : B 文章编 号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 1 0 4 0 4 0引言 2 试验基本原则及工况布载 拱桥是在我 国的桥梁建设 中较广泛使用 的一 种桥型 。相对于梁桥来说 , 在竖 向荷载作用下水平 推力的存在大大降低了拱圈中的弯矩 ,使得主拱 截面以受压 为主 ,从而 可以充分发挥混凝 土材料 的抗压强 度 ,这在很大程度上使得钢筋混凝 土拱 桥的跨越能力比一般钢筋混凝土梁桥大得多【” 。 我 国的钢筋混 凝土拱 桥大 多建 于 2 O世纪八 九十年代 , 在
3、长期的使用过程中, 由于材料老化、 环境 侵蚀 以及 荷 载标 准提 高 等各 方面 的不 利 影 响 ,大量的既有钢筋混凝 土拱桥 出现 了各种各样 的病害 ,直接影响到桥 梁结构的正 常使 用和安全 通行【2 1 。因此 , 对既有钢筋混凝土拱桥进行检查 、 检 测和评定 , 确定其当前 的技术状况 、 使用性能和承 载能力就显得异常重要 。 本文 以一座典 型 的钢筋混 凝土拱 桥为 例 , 通 过现场加载试验来对其承载能力进行评定 ,进一 步 明确钢筋混 凝土拱桥 荷载试验 的步骤 和重点 , 对同类型桥梁的检测和评定有借鉴作用。 1 桥 梁概 况 某上 承式钢筋混凝土肋拱桥 , 一孔
4、跨河 , 拱轴 线为悬链 线。 桥梁全长 6 6 m, 拱肋净跨径为 4 5 m, 净矢高为 7 5 m, 矢跨 比为 1 6, 拱轴系数 为 1 3 4 7 。 该 桥 的设 计 荷 载 为汽 车 一 1 5级 , 桥 面 宽 度 为净 一 4 5 m( 行车道 ) + 20 2 5 m( 安全带 ) 。 桥梁的主拱拱肋 、 横隔板、 立柱、 盖梁、 行车道 连续板等均为现浇钢筋混凝土结构 ,其中拱肋采 用 3 0 # 混凝土, 横隔板、 立柱、 盖梁 、 行车道连续板 等采用 2 5 #混凝土。两侧桥台采用重力式桥台, 台 身采用块石混凝土 , 基础采用片石混凝土 。 收稿 日期 : 2
5、0 1 2 1 2 0 6 作者简介: 甘袁华( 1 9 6 3 一 ) , 女, 四川邻水人 , 高级工程师, 主 要从事道路与桥梁工程设计研究工作。 桥梁荷载试验通 常需按荷 载效 率 卵来确定试 验采用 的最大荷载 , 荷载效率 田的计算公式 为 : ( 1 ) 式 ( 1 ) 中 试验荷载作用下检测部位变形或 内力的计算值 ; s 设计荷载作用下检测部位变形或 内 力 的计算值 ; d 设计取用 的动力系数 。 实 际荷 载试 验时 ,荷载效率宜控 制在 0 8 0 1 0 5之间 。 根据 当前 的试 验规程 , 并结合所研究桥梁 的 实际情况 , 具体荷载试验的工况设置如表 1 所
6、列。 表 1 试验 工况表 工况序 号 工况名称 I I I I I I L 截面最大正弯矩加载工况 拱顶截面最大正弯矩 加载工况 拱脚截面最大负弯矩 加载工况 为了最有效地进行荷载试验 , 通常需要在影响 线最大值 附近区域进行最不利加载 ,因此就有必 要根据确定 的各个工况计算相应截 面的内力影响 线 , 从而为试验加载提供理论指导。采用有 限元方 法建立如 图 1 所示 的桥梁空间有 限元模 型。 图 1 桥 梁空 间有限元模 型 经过有限元分析, 计算得到的各关键截面的内力 影响线如图 2 图 4所示。在对桥梁进行理论分析的 过程中, 3 0 #混凝土的弹性模量取为 3 0 31 0
7、4 MP a , 2 5 #混凝土的弹性模量取为 2 8 5 Z 1 0 MP a 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 1 0 5 1 , l踌 截 庙 i弯 矩 黉 响 线 t i l , 、 f 、 一 一 , 图 2 U4截面弯 矩影响 线 , , + i | I 2 。1 I 1 。 一 距 m 加 拍 。 。 图 3 拱顶 截面弯矩 影响线 、 、 I 拱 截 面 弯 镉 景 ;响 线 一 | 、 跑 禺 图 4 拱脚截面弯矩影响线 试验荷载一方面应保证结构 的安全性 , 另一方 面又
8、应要求能够充分暴露结构的承载能力圈 。 在保证 荷载试验效率 的基础上 , 根据 当地 能够获得的车辆 条件 , 最终采用 的试验车辆为 2 辆 4轴载重汽车, 1 # 车的载重为 4 5 0 0 k N, 2 #车的载重为 2 3 0 0 k N。 根据影响线形状 、 确定的加载车辆, 并在保证 达到荷载试验效率的基础上 ,各加载工况试验车 辆在桥面上的具体布置如图 5 所示。 f 【L 蠢 0 ( b )工况 I I 布载 图 匹堕 3 L 4 ( c )工况布载图 图5 各工况加载车辆布置( 单位: m) 根据确定 的加载车辆 和车辆布置方案 , 计算得 到在试 验荷载 作用下对 应 于
9、汽车 一 1 5级级荷 载 , 各荷载工况的荷载效率如表 2所列 。 表 2 荷载效 率表 在荷 载试 验过程中 , 采用分级加载方式 , 加 载 前读取初始读数 , 每级加载待变形稳定后读 数 , 加 载完毕后卸载 , 加载分级如表 3所列 。 表 3 各荷载 工况加载 分级 3 测试项 目及测点布置 根据当前 的试验规程和现场实 际情况 , 在试验 荷载作用下 , 主要对桥梁关键截 面的应力应 变 、 挠 度和裂缝等项 目进行观测。 应变测 点主要布置在下游拱肋 的 L 4截面 、 拱 顶截面和拱脚 截面 , 每个截 面布置两个应变 测点 , 分别位于截面上缘和截面下缘 , 如图 6所示
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