大跨度钢管混凝土系杆拱桥静载试验研究

大跨度钢管混凝土系杆拱桥静载试验研究

王立新

ResearchonStaticLoadTestofLargeSpanSteelPipeConcreteTiedArchBridge王立新WANGLi-xin（衡阳市城市建设投资有限公司，衡阳421000）（HengyangCityConstructionInvestmentCo.，Ltd.，Hengyang421000，China）

摘要院以一座下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥为背景工程，进行了成桥静载试验。通过实测数据与理论数据相对比可知，该桥处于较好的弹性工作状态，为后期使用与管理提供科学依据。

Abstract:Thestaticloadtestofbridgeisconducted,bytakingathroughtypeconcretefilledsteeltubularsteelframetiedarcbridgeasthebackgroundproject.Throughthecomparisonbetweenthemeasureddataandthetheoreticaldata,wecanknowthatthebridgeisingoodelasticstate,whichwillprovideascientificbasisforlateruseandmanagement.

关键词院钢管混凝土；拱桥；静载试验Keywords:steelpipeconcrete；archbridge；staticloadtest中图分类号院TU375文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）23-0141-02

0引言钢管混凝土系杆拱桥结构形式新颖，施工工序复杂，一般在工程竣工后，通过荷载试验，对桥梁的整体性能、施工质量和实际承载能力进行全面评价，为桥梁竣工验收和质量评定提供科学依据，并为桥梁后期的使用条件和管理养护提供参考建议[1]。

1工程概况衡州大道跨京广铁路立交主桥采用刚架式钢管混凝土系杆拱桥，主桥长172m，吊索段桥面宽28.6m。其设计荷载为：城市原A级，不考虑人群荷载[2]。主拱拱肋采用等截面钢管混凝土桁架结构，拱轴线为悬链线，拱轴系数1.05，矢跨比为1/4.5。主桥设20对吊杆。每片拱肋各设10根可换索式钢绞线系杆，桥面系采用悬吊体系，由钢横梁、钢纵梁、桥面预制板及现浇层组成钢-混组合结构。

每片拱肋桁架上、下弦杆由四根准800伊14mm的钢管及平联缀板组成，腹杆采用准273伊12mm的钢管，腹杆内不灌注混凝土。根据横向稳定的需要，钢管混凝土两主拱肋之间设置了7道“一”字形横撑，横撑内不填充混凝土。

2静载试验

2.1结构模型采用通用软件MIDAS/Civil建立了空间有限元模型。拱肋空钢管采用梁单元，钢管内混凝土采用施工联合截面法进行模拟，全桥共包含2811个单元，1630个节点。

2.2试验工况结合钢管混凝土系杆拱桥的受力特点与该桥实际施工、使用情况，选择了墩底、拱顶、1/4拱肋截面作为应力控制截面，分别确定为工况1、工况2、工况3，静载试验工况、测试内容见表1。

桁架型钢管混凝土拱桥中，主拱拱肋是由弦杆、平联板和腹杆组合而成，在其有限元模型中，以两根上弦杆与平联板组合建立上拱肋单元，以两根下弦杆与平联板组合建立下拱肋单元，上、下拱肋单元通过腹杆连接形成主拱拱肋。由于主拱拱肋是由上、下两部分组成，故有限元模型只能够求出对应的上、下拱肋的截面内力，而不能够求出主拱拱肋的截面内力。

首先由上述有限元模型，求出各工况测点处的应力影响线。再按照桥梁设计荷载，利用重型车辆进行等效加载。

由此确定各工况车辆布置情况，对于车辆布置最多的工况1，进行分三级加载，各工况车辆加载数量见表1。由于篇幅限制，本文并未给出各工况车辆布置的具体位置[5、6]。

静力荷载试验效率按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）中第8.1.2节进行计算，计算结果见表1。

2.3测点布置该桥桥面挠度布置10个测点，分别选取桥面两端部、L/4、L/2、3L/4截面作为挠度测试面，南北侧各5个测点。

选取墩底、北侧拱肋的两拱脚、L/4、L/2、3L/4截面作为应变测试截面，墩底应变计布置于内外两侧，拱肋截面则在上弦杆与上平联板上缘布置应变片。

3静载试验结果分析3.1挠度测试结果各工况实测挠度值与理论值对比见表2。全桥实测桥面向下最大挠度-52mm，小于相应理论值-58mm。实测拱顶向下最大挠度-28，小于相应理论值-33。对于三个工况中校验系数均小于1，桥梁的实际状况要好于理论状况。

3.2应变测试结果由于本次试验应变计布置较多，拱肋上的每个测点均布置了3个应变计，主墩上的每个测点布置了6个应变计，受篇幅限制，分别列出了墩底、拱肋、拱脚应变最大值以及对应工况，见表3。桥墩、拱肋实测应变均小于理论值，校验系数在0.8以上，符合规范要求。墩底截面与主拱拱肋截面各测点应变校验系数均小于1，桥梁实际应力状况要好于理论状态。

3.3吊索索力为了检验吊索的工作性能，采用索力动测仪对吊索索力进行测试。根据张力弦振动公式：

由此可知，明确了吊索的材料和长度之后，测量吊索的振动频率就可确定吊索的拉力。

工况2满载时跨中吊索同时处于最不利状态，实测跨中吊索索力为72.7吨，略大于理论计算值72.2吨，两者基本吻合，实测值偏大，故该桥在后期使用过程中应注意加强对吊索的防护。

4结语通过本文分析，对于桁架型钢管混凝土拱桥，其拱肋上的控制截面不能够通过内力影响线进行等效加载，需采用应力影响线进行等效加载。

在试验荷载作用下，桥面挠度变形、墩底应变、拱肋应变、吊索索力实测值与理论计算值均大致相等，检验系数基本满足相关要求，且除吊索索力外，实测值均小于理论计算值，说明该桥结构设计合理，主墩、主拱、吊杆强度、刚度满足设计要求，说明结构处于较好的弹性工作状态。

参考文献院[1]陈宝春.钢管混凝土拱桥[M].北京：人民交通出版社,2007:519-533.[2]建设部城市建设研究所.城市桥梁设计荷载标准[S].北京：中国建筑工业出版社，1998.[3]鲍卫刚.桥梁承台桩基础柔度的模拟[J].华东公路,1992（5）:16-17.[4]交通运输部公路科学研究院.公路桥梁承载能力检测评定规程[S].北京：人民交通出版社，2011.[5]陈昀明,韦建刚,陈宝春.泉州百崎湖大桥静动载试验分析研究[J].公路工程,2009（34）5:104-108.[6]杨勇,张俊平,李永河,梅力彪.某多跨PC连续梁桥静动载试验分析[J].广州大学学报（自然科学版）,2012（11）1:58-63.