额尔齐斯河双曲拱桥荷载试验及加固设计

#桥 梁#

* 收稿日期:2007-09-09

文章编号:1001-7291(2007)05-0003-04 文献标识码:B 额尔齐斯河双曲拱桥荷载试验及加固设计

张开银,阎卫国

(武汉理工大学交通学院,湖北 武汉 430063)

摘要:介绍了新疆额尔齐斯河双曲拱桥检测及荷载试验情况。通过检测及荷载试验对大桥控制截面进行了测试,实测了应变、挠度、自振特性及振动响应。根据试验结果对大桥承载能力进行了分析评价,据此提出了加固设计方案。

关键词:双曲拱桥;检测;荷载试验;加固设计1 大桥概况

额尔齐斯河双曲拱桥位于新疆维吾尔自治区布尔津县原国道217线上,建于1976年。大桥上部结构采用6孔净跨25m 的空腹式双曲拱;桥面净空为净710m (行车道)+2@110m (人行道),桥梁全长177117m ;主拱圈矢跨比f 0/L 0=1/8,桥梁横向由7肋6波组成;每跨靠近跨中处设有2个暗腹拱。下部

结构采用重力式墩台,钻孔灌注桩基础,桩径111m 。拱肋、腹拱盖梁、拱上立柱采用原250号混凝土;预

制拱波、腹拱拱圈、填平层、横隔板、腹拱立柱系梁及横系梁采用原200号混凝土;墩身和桥台前墙、侧墙采用原150号混凝土。桥梁设计荷载为汽)15、挂)80。桥型布置图见图1。

图1 桥型布置示意图 单位:c m

2 桥梁现场检测结果

(1)结构尺寸。经现场量测,该桥结构尺寸基本与原设计尺寸相符。

(2)裂缝情况。经检查,该桥腹拱的病害相当严重,几乎所有的腹拱与立柱的结合处及腹拱圈均存在纵横向裂缝。通过腹拱裂缝旁的水渍,说明腹拱顶部横向裂缝已贯穿整个拱圈,且腹拱拱圈的断裂下陷已反射至桥面。腹拱段已基本丧失承受重载车辆的能力;桥面对应于5个桥墩处均各出现4条横向贯通桥面的裂缝,且裂缝与桥墩两侧的立柱位置完全对应,该现象说明,在车辆荷载下腹拱出现较大的变形,且腹拱拱圈与立柱盖梁间存在错动,从而使对应立柱处的桥面纵向出现较大的拉应力,形成横向通贯桥面的

裂缝;桥墩墩身及台身满布网状裂纹,经凿开观察,均为混凝土表面收缩裂缝,不影响承载能力。

(3)桥面线形及拱肋线形测量。在上、下游人行道内侧桥面,对应每跨的左拱脚、L /4、跨中、3L /4及右拱脚处,布置桥面标高测点,共设70个。采用精密水准仪测量,测量结果显示桥面线形较差,原因是桥面平整度差,桥面排水不畅。

拱肋为桥梁的主要承重构件,其线形的变化将使拱肋内力的分配发生较大的改变,故拱肋线形是拱圈的重要几何参数。采用全站仪测量,测点布设在每跨的左拱脚、L /4、跨中、3L /4及右拱脚处,共设35个。测量结果显示拱肋基本维持了设计时的线形。

(4)混凝土强度测定。通过/回弹法0及/超

第5期(总第167期)华东公路No .5(To ta l No .167)

2007年10月20日EAST C H I NA H I GHWAY O ctober 2007

声)))回弹法0,对拱肋、拱上立柱、横梁、桥墩墩身混凝土强度进行了测定。数据显示目前各构件混凝土强度均能达到设计值。

3静载试验

311测试内容及测点布置

静载试验选择一个边跨为试验跨,试验内容为应变测量和挠度测量。控制截面取跨中截面、3L/4截面和拱脚截面。主要测试拱顶截面最大正弯矩和挠度;拱脚截面最大负弯矩,附加要求为3L/4截面的最大正、负弯矩及挠度。

首先考虑到连拱作用,对全桥建立了有限元计算模型。共划分422个节点、445个单元,进行计算分析。得出3个控制截面在汽车)15级荷载及公路)Ò级车道荷载作用下的最大正、负弯矩的计算值见表1。

表1两类荷载下各控制截面的最大正、负弯矩值

弯矩k N@m

汽车)15级公路)Ò级公路Ò级/汽车)15级最大正弯矩最大负弯矩最大正弯矩最大负弯矩最大正弯矩最大负弯矩

左拱脚465.03-463.17678.68-935.821.462.02跨中391.55-96.99784.64-172.602.001.78 3L/4260.52-250.99470.98-400.851.811.60

表1中还指出了公路)Ò级与汽车)15级荷载下弯矩值之比。由于前者的弯矩值是后者的1146~ 2102倍,两者差距较大,考虑到该桥为旧危桥,仍以原设计汽车)15级荷载为依据,并取试验荷载效率系数G=0185进行静载试验。

实际试验荷载采用一辆377kN双后轴载重车和一辆107kN单后轴载重车,共安排5个加载工况。除试验跨外,其余各跨则均采用工况1进行挠度测量。详见表2。

表2边跨静载试验工况及效率系数一览表

静载工况控制截面控制项目

加载车(辆)

377k N107k N

效率系数G加载方式1跨中正弯矩110.9443对称

2跨中正弯矩1-0.7430偏载

33L/4正弯矩1-0.8379对称

43L/4负弯矩1-0.7877对称

5拱脚负弯矩1-0.8232对称

312挠度测试结果分析

每跨均在L/4、跨中和3L/4处的桥面两侧设置挠度测点。在试验前、试验车辆就位加载后及卸载后,分别对各测点进行测量,以确定加载时的桥梁挠度及卸载后的残余变形。测量采用精密水准仪。通过试验数据计算出挠度校验系数(即挠度实测值/挠度理论计算值)。

通过测试可知,挠度校验系数均小于1,残余变形均较小,按照5大跨径混凝土桥梁的试验方法6 (1982年10月)和5公路桥梁承载能力检测评定规程6(交通部公路科学研究所征求意见稿2003年4月)中关于拱桥的要求,该桥刚度基本满足设计要求,桥梁仍处于弹性状态。

313应变测试

在试验跨的左拱脚、跨中和3L/4截面布置了电阻应变片和部分千分表应变传感器,在拱脚处还设置了应变花,开展各工况下的应变测量,以掌握试验跨各片拱肋在5种试验工况下的内力。

31311应变传感器的布置

应变传感器在不同控制截面的布置见图2~图4

。

图2跨中截

面应变传感器布置示意图

图3拱脚截

面应变传感器布置示意图

图43L/4截面应变传感器布置示意图

)4)华东公路2007年第5期