圬工拱桥承载能力评估分析

根据汽车和轻轨车辆加载的特点，汽车和轻轨轨道动载试验包括轻轨行车试验和制动试验，车辆从桥外驶至试验区段，从结构受力来说，即是先进行行车试验，再进行制动试验。荷载从影响线低值区域移至影响线峰值区域，这一轨道行车试验拟用1列轻轨依次按5、10、20、过程等同于逐步加载，卸载过程亦如此。30、40、50、60、75km/h速度往返通过桥跨结构，测定轻轨运行荷载作用下桥跨结构的动态响应(包括3.2动载试验公路动载试验加载采用静载试验中的载重货主桥中跨跨中处轨道梁梁缝的变化情况)和轻轨过桥车，单车总重30t。轨道动载试验加载轻轨由两辆首过程中的舒适度指标的测试。车和四辆标准车组成，轴重110kN，首车及标准车轴轨道制动试验主要用于测定在轻轨制动速度分距分布如图5所示。轨道行车试验及制动试验单列轻别为20、30、40km/h作用下，测试桥跨结构在制动轨车辆由：1首车+4标准车+1首车组成，行车试验需荷载作用下的动力响应，分析桥梁在制动冲击荷载2列，制动试验需1列。作用下的动应力、振幅等。公路动载试验包括行车试验和跳车试验，先进4结语行无障碍行车试验，再进行跳车试验。公路无障碍行车试验拟在桥面无任何障碍的情况下，用2辆载重菜园坝大桥主桥结构新颖，受力复杂，而大跨汽车沿桥梁上下游两幅车道中心线，测定桥跨结构度空间拱的空间效应明显，试验方案要考虑到的因的动力响应和冲击系数。素很多，甚至需要模拟施工全过程的受力，采用Midas软件能够较好的分析模拟复杂结构的空间受力。试验方案中必须考虑到结构的空间效应的不利影响并控制局部构件应力的增量。本文通过对菜园坝大桥主桥结构受力行为的分析，选取各跨控制截面进行加载，制定出合理的成桥静动载试验方案，对具体的现场试验有较高的指导意义。参考文献[1]陈江华.菜园坝长江大桥荷载试验方案研究[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文.2007跳车试验荷载及需在桥跨结构动载试验截面影[2]严猛.大跨度系杆拱桥地震反应特性研究[D].成都:西南交通大学硕士学位论文.2011响线峰值处桥面上设置高7.5cm、底宽30cm(三角形[3]戴洁.重庆菜园坝长江大桥结构细节设计[J].铁道标准设计.2007(9):32~34木板制作)的障碍物，以测定桥跨结构在桥面不良状[4]交通部.公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)[S].北京:人民交通出版社.1988[5]交通部.公路桥梁承载力检测评定规程(征求意见稿)[S].北京:人民交通出态时运行车辆荷载作用下的动力响应和冲击系数。版社.2003跳车速度依次为5、10、20、30km/h。(c)I-I/L-L/M-M/N-N/P-P工况图4静载典型工况加载荷载布置(尺寸单位：m)41.4距离影响线起点360m距离影响线起点339m41.441.441.441.420.425.418.420.44×300kN4×300kN4×300kN4×300kN4×300kN4×110kN4×110kN4×110kN4×110kN4×110kN4×110kN首车标准车图5轻轨单轨车辆荷载分布(单位：m)1.758.101.501.501.758.101.502.651.501.75陵端引拱计算跨径8.38m，矢高4.26cm，拱圈厚0前言30cm，宽760cm。桥面宽7.6m，车行道宽6.8m。主拱拱圈由石料、砂浆与混凝土组成；腹拱、圬工拱桥，特别是石拱桥，在我国有着悠久的引拱拱圈及横墙由石料、砂浆砌成。石料强度采用历史。据不完全统计，在中国桥梁中，拱桥所占比钻取芯样进行抗压强度试验测定，主拱拱圈石料换例约61%左右，在石料丰富、山高谷深的西南山算抗压强度平均值为70.2MPa，拱上横墙石料换算抗区，拱桥占90%以上，以石拱桥数量为最。然而由压强度平均值为52.5MPa；主拱拱背混凝土强度采用于自然环境的侵蚀、交通量和车辆荷载的增大以及回弹法进行强度试验测定，主拱拱背混凝土强度推地震等自然灾害的影响，使得桥梁出现不同程度的定值为24.6MPa。损伤。为了解桥梁现状，确保桥梁结构安全，应准主拱拱顶附近拱轴线及桥面线形下沉，涪陵端确评价桥跨结构的承载能力。对于设计资料缺失的引拱线形不对称；主拱、腹拱及引拱拱圈底面砌缝桥梁，应首先通过外观检测得到桥跨结构线形、材砂浆脱落、石料不规则、砌缝不饱满，其中腹拱、料几何参数以及病害状况，再根据检测结果进行该引拱拱圈底面多处空洞且拱座普遍渗水,武隆端引拱桥的承载能力评估计算，并进行静载试验测试桥梁有多条纵向裂缝；个别横墙及垫墙局部开裂；桥面的承载能力，评定该桥现有状况。铺装横向开裂、局部破损。1工程背景桥跨结构技术状况评分为38.6分，评定等级为四类。大溪河三号桥位于国道厦蓉G319线上，中心桩2.2评估计算结果号为K2209+382，为3孔上承式石拱桥。该桥无设计2.2.1计算参数及模型图纸等资料。根据当地交通要求确定的荷载等级为采用专用有限元计算软件，以实测拱轴线及材汽－20，挂－100。料参数建立模型，根据《公路桥涵通用设计规范》[1]2结构性能评定（JTJ021-85）（注：该桥梁建于1996年，当时采用此规范进行设计，所以验算同样用此规范，而没用2.1旧桥现有状况检测结果2004年版的规范），承载能力验算荷载组合为：对主全桥总长86.01m，主拱计算跨径60.84m，矢高拱：组合Ⅰ（永久荷载+汽车荷载）、组合Ⅱ（永久11.25cm，拱圈厚120cm，宽760cm。武隆端引拱计荷载+汽车荷载+温度荷载）、组合Ⅲ（永久荷载+挂算跨径8.38m，矢高3.90cm，拱圈厚30cm，宽760cm；涪西南公路2011年第4期西南公路XINANGONGLU【摘要】以大溪河三号桥为工程背景，通过外观检测得到桥跨结构线形、材料几何参数以及病害状况，基于检测结果建立有限元模型进行承载能力评估计算，并通过静载试验测试桥梁的承载能力，评定该桥现有状况。根据该桥荷载试验结果，并参考其他不同跨径圬工拱桥荷载试验结果，得出挠度校验系数普遍小于规范中规定的圬工拱桥挠度校验系数常值的结论，并对产生该现象的原因进行了分析，建议对规范进行相关修正。【关键词】圬工拱桥；承载能力；评估；挠度校验系数【中图分类号】U446.1【文献标识码】A施嘉杨永清余华丽（西南交通大学土木工程学院成都610031）圬工拱桥承载能力评估分析141140西南公路1010147147147147147147147147152152101015510155101010图3静载试验测试断面测点布置（单位：cm）车荷载）；对腹拱、引拱：组合Ⅰ（永久荷载+汽车算系数取为0.85。荷载）、组合Ⅲ（永久荷载+挂车荷载）。模型中主拱及引拱按无铰拱模拟，腹拱按三铰[2]根据桥跨结构各部位病害检测结果，主拱拱圈拱模拟。依据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》及涪陵端引拱拱圈旧桥检算系数取为0.95，腹拱拱规定计算结构内力及抗力并进行比较，得到结构安圈旧桥检算系数取为0.90，武隆端引拱拱圈旧桥检全储备系数。桥跨模型见图1。－100荷载等级的使用要求，但刚度储备偏低；且主拱、腹拱与引拱的承载力不满足汽－20，挂－100荷载等级要求。建议对全桥进行加固补强。3关于圬工拱桥挠度校验系数的分析大溪河三号桥在各加载工况下，主拱挠度结构校验系数介于0.37~0.76之间，其中拱顶挠度校验系数为0.76，相对于其他截面明显偏大，分析其原因可以看出，各加载工况下，应力校验系数介于可能是因为主拱拱顶附近线形下沉，拱轴线不圆0.48~0.64之间，应力校验系数处于合理范围。顺。其余断面挠度校验系数介于0.37~0.57之间，明2.3.2挠度测试结果显小于《公路旧桥承载能力鉴定方法》[3]规定的圬主桥各加载工况下实测挠度值与理论计算值的工拱桥挠度校验系数常值0.80~1.00。笔者搜集了其比较见表2。他圬工拱桥静载试验的相关资料，总结了不同跨径[4,5,6]圬工拱桥试验的挠度校验系数，表3列出了不同跨径的典型圬工拱桥的静载试验挠度校验系数。由表3可以看出，圬工拱桥的挠度校验系数都较可以看出，各加载工况下，主拱挠度结构校验小，最大为0.83，仅达到《公路旧桥承载能力鉴定系数介于0.37~0.76之间，其中拱顶挠度校验系数相方法》中规定的圬工拱桥挠度校验系数常值对于其他截面明显偏大。分析其原因可能是因为主0.80~1.00中的下限值。挠度校验系数偏低的原因可拱拱顶附近线形下沉，拱轴线不圆顺。能是拱上建筑与拱圈共同作用可以增加拱圈的刚2.4综合结论度，而规范中砌体材料的弹性模量取值小于材料实综合以上检测、荷载试验及评估计算分析认际的弹性模量，这样必然使得挠度实测值比理论值为，主拱具有一定的强度和刚度，符合汽－20，挂小。且在静载试验加载过程中加载荷载及加载位置图1桥跨模型图2.2.2评估验算结果载效应，减小偏心距，从而改变结构受力性质。组合Ⅰ作用下，两端拱脚、L/4、拱顶、7L/8截组合Ⅰ作用下，引拱安全储备系数介于0.40~面安全储备系数小于1，其中武隆端拱脚截面安全储3.70之间，大部分截面安全储备系数小于1；组合Ⅲ备最小，为0.81；组合Ⅱ作用下，武隆端拱脚截面作用下，引拱安全储备系数介于0.46~4.34之间；引安全储备系数小于1，为0.87；组合Ⅲ作用下，主拱拱安全储备严重不足，承载能力验算不满足汽－各截面安全储备系数介于1.22~2.86之间，大于1；主20，挂－100荷载等级要求。考虑扩散作用对引拱安拱安全储备不足，承载能力验算不满足汽－20，挂全储备系数提高不大，其原因可能是引拱按无铰拱－100荷载等级要求。考虑，恒载占结构所受荷载比重较大而活载较小，组合Ⅰ作用下，腹拱安全储备系数介于0.54~扩散作用对活载作用的减小引起结构总荷载减小比6.58之间，部分截面安全储备系数小于1，腹拱安全例相对较小。储备严重不足；组合Ⅲ作用下，腹拱安全储备系数2.3静载试验结果介于1.31~7.91之间，大于1；腹拱承载能力验算不满经计算分析，对主拱涪陵端拱脚、L/4及拱顶断足汽－20，挂－100荷载等级要求。根据规范，当结面进行静载试验。试验测试断面见图2，图中圆圈加构的偏心距在规范规定的容许偏心距内时，结构按箭头表示挠度测点。应变测点布置见图3，三角形表受压构件计算，当结构的偏心距大于规范规定的容示应变测点。许偏心距时，结构按受弯构件计算，此时计算得到2.3.1应力测试结果的结构抗力相对于按受压构件计算的抗力要小很主拱各加载工况下实测截面应力与理论计算值多。考虑拱上填料对活载的扩散作用能使腹拱安全的对比情况见表1。储备明显提高，其原因是扩散作用能减小结构的活AA20BBC武隆涪陵拱轴线1500150015001500图2静载试验测试断面布置（单位：cm）表1各加载工况截面应力实测值与计算值比较工况及位置计算值(MPa)实测值(MPa)校验系数A－A工况上缘1.700.810.48下缘－1.86－1.030.55B－B工况上缘－1.16－0.590.51下缘1.080.690.64C－C工况下缘0.810.480.60注：截面应力、应变值以受拉为正，受压为负，以下同。表2各工况下拱圈挠度实测值与计算值比较加载工况实测值(mm)计算值(mm)A－AL/4－0.92－3.84/L/20.400.810.493L/40.392.98/B－BL/4－1.73－4.660.37L/20.340.600.573L/40.613.82/C－CL/40.260.20/L/2－2.65－3.500.763L/40.230.530.43校验系数注：挠度值以向下为负，向上为正。表3不同跨径圬工拱桥静载试验挠度校验系数对比桥名跨径(m)挠度校验系数北河岔桥0.26桥头桥0.50白泉Ⅰ桥0.44南充某圬工拱桥0.20~0.48尾水圬工拱桥0.16~0.75广元某大跨圬工拱桥0.13~0.39红旗石拱桥15.025.040.050.855.685.0111.00.42~0.83施嘉，杨永清，：圬工拱桥承载能力评估分析余华丽143142西南公路10101471471471471471471