某刚架拱桥荷载试验研究

某刚架拱桥荷载试验研究

段文杰

重庆市轨道交通（集团）有限公司重庆401120

摘要：本文以某刚架拱桥为例，具体介绍了其静载试验的计算和试验过程，并对试验结果进行了相关的分析。本文所阐述的内容可以为同类结构型式桥梁的荷载试验提供一定的借鉴经验。

关键词：刚架拱桥静载试验研究

刚架拱桥是指外形似斜腿刚架的拱桥。由刚架拱片、横系梁与桥面系组成。刚架拱片是拱肋与拱上建筑组成整体的承重结构，立面上略呈拱形，其间用横系梁和桥面系连接成整体共同受力。这种桥较其他类型拱桥构件少，自重轻，材料省，适用于地基较差的桥位处。

刚架拱桥是在桁架拱桥、斜腿刚构桥等基础上，结合我国拱桥特点及无支架施工经验而发展起来的新桥型，属于有推力的高次超静定结构。刚架拱桥大部分构件偏心受压，无纯拉构件，可以充分利用混凝土抗压能力强的特点。与桁架拱相比，混凝土用量和钢筋用量均可以减少，经济效益较明显；施工方法适用性强，可采用预制吊装、有支架吊装、悬臂拼装、转体施工法等。

由于它具有构件少、整体性好、自重小、施工简便、造价低、结构线条简单、外形美观大方，对地基承载力要求比其他拱桥低等特点，适用于跨径25~70m的桥。

由于刚架拱桥与一般的圬工拱桥、钢管混凝土拱桥等桥型在结构型式上有所不同，使用的频率也不及一般的拱式桥，本文通过对一刚架拱桥的静载试验为例，来分析其在试验荷载作用下的应变、挠度等参数，从而为这一类桥梁的荷载试验提供了一定的借鉴经验。

一、工程概况

某刚架拱桥建于上世纪80年代，桥梁全长50m，共1跨，桥跨布置为1×50m，桥面宽10.3m，桥面横向布置为1.65（人行道）+7.0（行车道）+1.65（人行道）。桥面无排水孔，设置2.5%单向纵坡排水，人行道外侧设钢筋混凝土栏杆，桥面采用沥青混凝土铺装，布置双向2车道。桥梁上部横向设置四片梁。下部结构为浆砌块石桥台，桥梁矢跨比为1/10，净跨径为50m，荷载等级为汽-20，挂-100。

二、计算分析

采用桥梁结构有限元计算专用程序MIDAS/Civil对桥梁建立整体结构模型进行计算分析。用梁单元模拟主梁、板单元模拟桥面板，计算控制断面内力和位移，用材料力学理论求解测点应变。桥梁计算模型根据设计及竣工图纸尺寸建立，材料强度按设计图纸取用；根据原设计图纸，单幅桥计算活荷载按双向两车道、汽—20级考虑，布载位置按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中对车辆横向布置的有关规定确定，实际试验时布载位置与加载布置一致，可参见下文中试验荷载布置图。分别计算试验荷载对结构控制截面产生的最不利内力，并按此内力值进行等效加载。

模型共包含节点638个、单元667个，桥梁MIDAS有限元分析模型见图21，部分计算结果见图22。

图21某刚架拱桥结构有限元计算节点模型图

图22汽-20荷载作用下某刚架拱桥主梁弯矩包络图

三、工况设置和测试过程

3.1、工况设置

根据本桥的受力特点并结合计算结果，本次试验主要测试工况布置如下：

①工况一：2#梁拱顶最大正弯矩；

②工况二：2#梁L/4截面最大正弯矩；

③工况三：2#梁主拱腿最大负弯矩；

④工况四：2#梁主拱腿角隅最大负弯矩；

⑤工况五：2#梁主拱腿最大水平推力。

3.2、试验荷载

根据控制截面的内力影响线，采用4辆370kN加载车进行等效加载，使得控制截面内力达到活载作用下的最不利内力值。加载试验效率均满足规范0.95~1.05的要求。

四、部分静载试验结果分析

4.1、工况一：拱顶截面最大正弯矩

（1）应变测试结果分析

主要应变测点实测应变值如下所示（应变单位：με）：

由上可见，主要挠度测点的相对残余变形小于0.20，可以认为本截面处于弹性工作状态，残余变形满足规程要求。

五、静载试验结论

荷载试验结果表明，该桥在试验荷载作用下结构强度、刚度均满足设计荷载要求，其弹性工作性能较好，桥梁实际承载能力满足汽-20，挂-100荷载等级的正常使用要求。

六、结语

刚架拱桥属于有推力的高次超静定结构，由于其结构型式的特殊性，导致了其荷载试验与传统的混凝土桥梁相比，无论从布点方式和测试方式等来说，都有一定的难度。本文通过以一座刚架拱桥为例，详细介绍了其荷载试验的建模分析、测试过程及结论分析等，可以为同类桥梁的荷载试验提供一定的依据。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程.北京.人民交通出版社，1986.

[2]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.北京.人民交通出版社，2011.

[3]赵经文，王宏钰.结构有限元分析.科学出版社，2001.

[4]百度百科.刚架拱桥.