摘 要：以一座上承式混凝土拱橋?yàn)槔�，�?jì)算分析其在設(shè)計(jì)活載及試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)的荷載響應(yīng)，基于理論分析及現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)該橋的承載能力及使用性能進(jìn)行分析和評(píng)估。有限元的建模方法及靜動(dòng)載試驗(yàn)對(duì)該種類型的橋梁結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估及分析提供工程借鑒。

　　關(guān)鍵詞：中承式拱橋,靜動(dòng)載試驗(yàn),有限元分析

　　0.引言

　　上承式混凝土拱橋跨越能力大、耐久性好、外形美觀，可以有效的滿足橋下凈空的要求，特別適合于50~150m跨度的橋梁。由于混凝土拱橋建成年代一般較久遠(yuǎn)，并且受到施工條件、技術(shù)及計(jì)算水平的限制，很多橋梁存在局部的缺陷。同時(shí)結(jié)構(gòu)本身材料的老化、車輛超載的影響，經(jīng)過多年的運(yùn)營，結(jié)構(gòu)存在不同程度的病害及缺陷，這些都會(huì)影響該橋的結(jié)構(gòu)性能，并對(duì)交通運(yùn)輸存在很大的安全隱患。

　　通過靜動(dòng)載試驗(yàn)和計(jì)算評(píng)估，可以了解該橋的得實(shí)際工作狀態(tài)，判斷該橋的承載能力，評(píng)估其在設(shè)計(jì)荷載下的工作性能，并對(duì)該橋的使用提出合理化的建議。

　　1.工程概況

　　某上承式混凝土拱橋建于1990年，主拱圈材料采用料石砌筑，跨徑布置為2×27.5m，橋?qū)?2.7m，橫向布置為0.35m(防撞欄)+12.0m(機(jī)動(dòng)車道)+0.35m(防撞欄)，矢跨比為1/5，拱軸線均采用懸鏈線。其設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)、掛車-100。該橋的里面如圖1所示。

　　2.靜載試驗(yàn)與分析

　　利用Midas Civil軟件建立了該橋有限元模型(圖2)，其中拱肋、立柱采用空間梁格法模擬，橋面板采用板殼單元，模型共劃分為864個(gè)節(jié)點(diǎn)和650個(gè)梁單元。根據(jù)設(shè)計(jì)荷載計(jì)算出各截面的彎矩，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃加載方法計(jì)算出拱肋在設(shè)計(jì)荷載作用下的彎矩。

　　本次加載方式為逐級(jí)遞增加載，采用4量重約300kN的重車，通過工況1～2使0#~1#軸跨中拱頂正彎矩達(dá)到加載效率，工況3～4使0#~1#軸L/4拱肋正彎矩達(dá)到加載效率，工況5～6使1#軸跨拱腳負(fù)彎矩達(dá)到加載效率。

　　2.1 試驗(yàn)撓度結(jié)果與分析

　　主拱圈在對(duì)稱加載工況下跨中各測(cè)點(diǎn)的撓度測(cè)試結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，主拱圈在對(duì)稱加載工況下的實(shí)測(cè)變形曲線連續(xù)光滑，并均小于理論計(jì)算值，表明主拱圈結(jié)構(gòu)受力合理，具有良好的整體剛度，滿足設(shè)計(jì)荷載的要求。

　　2.2 試驗(yàn)應(yīng)變結(jié)果與分析

　　拱橋應(yīng)變測(cè)試截面選擇在0#~1#軸跨跨中截面，L/4截面，1#軸處拱腳截面和，每個(gè)截面布置4個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。

　　從表2可以看出，各個(gè)工況下想對(duì)應(yīng)的主拱圈截面的應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為0.62~0.83，均小于1，校驗(yàn)系數(shù)滿足《試驗(yàn)方法》中關(guān)于橋梁校驗(yàn)系數(shù)式中：α=1.10，β=0.60的要求。

　　3.動(dòng)載試驗(yàn)與分析

　　動(dòng)載試驗(yàn)主要內(nèi)容是測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性、受迫振動(dòng)特性以及加速度時(shí)程響應(yīng)。自振特性的測(cè)試在橋梁無荷載作用下所處的自然環(huán)境中進(jìn)行，自振特性測(cè)試采用地脈動(dòng)為激振源;受迫振動(dòng)測(cè)試分別采用跳車的方式為激振源，跳車激振法是利用一輛約100kN的汽車，使其后輪在一高約15cm的墊塊上自由下落進(jìn)行激勵(lì)振動(dòng)。動(dòng)載試驗(yàn)采用DASP動(dòng)態(tài)測(cè)試與分析系統(tǒng)進(jìn)行。

　　動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明：實(shí)測(cè)一階自振頻率為11.24Hz，阻尼比在0.7509%~4.0607%之間，而對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算一階頻率為8.75Hz;實(shí)測(cè)頻率均大于理論計(jì)算值。表明該橋的實(shí)際剛度較大，振動(dòng)響應(yīng)較小，行車性能正常。

　　4.結(jié)語

　　通過對(duì)該橋靜動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明：

　　(1)在靜載試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)撓度值均小于計(jì)算撓度值。表明該橋安全儲(chǔ)備較大，承載力滿足設(shè)計(jì)荷載的要求，行車性能正常。

　　(2)實(shí)測(cè)頻率大于理論計(jì)算值，表明該橋的實(shí)際剛度較大，振動(dòng)響應(yīng)較小，行車性能正常。

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