某带挂梁的V形墩刚构拱组合桥梁静载试验研究

张凡龙

(安徽省交通科学研究院，安徽 合肥 230051)

1 工程概况

某桥位于福建省205国道上，采用3跨1联V形墩刚构拱组合结构，边孔设挂梁的结构形式，桥跨组合为24 m+40 m+24 m，全长100 m。主梁采用单箱三室预应力混凝土箱梁结构，拱脚部分采用单箱四室普通钢筋混凝土箱梁结构，墩顶处为V形空心结构，高为8.323 m，跨中及端部梁高1.3 m。桥梁全宽18 m。设计荷载为公路-Ⅰ级。桥梁结构外形如图1所示。

图1 桥梁结构现场外形图

2 静载试验

桥梁荷载试验是结构承载能力评估的最直接、最可靠的评价方法。静载试验是通过模拟车辆荷载作用在桥梁上，通过测试结构应力、位移、变位和开裂情况，并与结构计算分析值进行比较，科学判断桥梁的实际承载能力。

2.1 计算分析

利用桥梁结构计算分析软件MIDAS Civil建立桥梁有限元模型对结构进行力学分析，得到结构在等效试验荷载作用下各测点的挠度、应力、变位等参数值。试验荷载采用设计荷载(公路-Ⅰ级)的等效荷载。结构有限元分析模型如图2所示。

图2 桥梁有限元分析模型

2.2 静载试验工况设置

根据计算结果确定静载试验控制截面，如图3所示。

图3 静载试验截面纵向布置图(单位：cm)

根据截面弯矩(或位移)影响线确定各工况试验车辆加载方案，主要试验工况车辆位置布置如图4～图7所示。加载车辆采用4辆重量均为42 t左右的后双轴载重车，该桥静载试验荷载效率见表1。主要试验工况如下：

图4 工况一车辆加载布置图

表1 静载试验效率列表

(1)工况一：1#墩V构悬臂端最大挠度偏心加载，测试悬臂端(1-1)截面各测点挠度。

(2)工况二：1#墩V构水平刚架梁跨中最大正弯矩偏心加载，同时满足1#墩V构主跨侧斜腿拱脚最大负弯矩偏心加载，测试刚架梁跨中(2-2截面)和斜腿拱脚(3-3截面)各测点应变及挠度。

(3)工况三：中跨拱顶最大正弯矩偏心加载，测试拱顶(4-4截面)各测点应变及挠度。

(4)工况四：2#墩V构主跨侧斜腿节点最大正弯矩偏心加载，测试斜腿节点(5-5截面)各测点应变及挠度。

图5 工况二车辆加载布置图

图6 工况三车辆加载布置图

2.3 静载试验测点布置

主要测试结构各控制截面的测点在荷载作用下的变形(挠度)和应变(应变)。挠度采用电阻式位移传感器测试，应变采用半桥应变片和静态采集系统测试。截面测点布置如图8所示。

图7 工况四车辆加载布置图

图8 试验截面应力及挠度测点布置

2.4 静载试验结果

2.4.1 挠度分析

在试验车辆荷载作用下，实测桥梁各测点挠度并求得弹性挠度后与理论分析值对比，求得挠度校验系数。主要工况下桥梁挠度实测弹性值及计算分析值如图9～图12所示。

图9 工况一荷载作用下悬臂端1-1截面测点挠度

图10 工况二荷载作用下刚架梁2-2截面测点挠度

图11 工况三荷载作用下拱脚4-4截面测点挠度

图12 工况四荷载作用下斜腿节点5-5截面测点挠度

挠度校验系数能直接反映结构承载能力好坏及安全储备大小。实测值与计算值的对比分析结果表明: 各主要测点挠度校验系数均处在0.70～0.93，小于1.0且在该结构类型桥梁挠度校验系数范围内(0.50～1.00)，表明桥梁结构在等效试验荷载作用下刚度较好，且承载能力安全储备有一定的富余，能够满足设计荷载的正常使用要求。

2.4.2 应变(应力)分析

在试验车辆荷载作用下，实测桥梁各测点应变并求得弹性应变后与理论分析值对比，求得应变校验系数。主要工况下桥梁应变实测弹性值及理论分析值如图13～图16所示。

图13 工况二荷载作用下刚架梁2-2截面测点应变

图14 工况三荷载作用下拱脚3-3截面测点应变

图15 工况三荷载作用下拱顶4-4截面测点应变

图16 工况四荷载作用下斜腿节点5-5截面测点应变

应变校验系数能反映结构局部强度大小。实测弹性值与理论值对比分析结果表明: 各主要测点应变校验系数在0.73～0.85，小于1.0且在该结构类型桥梁挠度校验系数范围内(0.50～0.90)，表明桥跨结构在等效试验荷载作用下具有较高的强度，能够满足设计荷载的正常使用要求。

2.4.3 桥梁线弹性分析

逐级卸载完毕并待结构恢复20 min后实测各测点挠度和应变残余值，并与结构总挠度和总应变值比较，得到挠度和应变最大相对残余值分别为8.70%和7.69%，均小于规范要求的20%，表明桥梁结构接近弹性工作状况。

2.4.4 裂缝及其他异常情况分析

试验过程中未发现裂缝及其他异常情况。

3 结 语

通过对该V形墩刚构拱桥组合结构桥梁的静载试验结果分析得到以下结论：

(1)在等效试验荷载作用下，桥梁挠度及应变校验系数小于1.0，且挠度及应变实测值沿横向变化较均匀，表明该桥承载能力满足设计荷载的正常使用要求，横向整体抗扭刚度较大。

(2)各截面主要测点挠度和应变最大相对残余值均小于20%，表明该桥接近弹性工作状态。

(3)试验中未发现裂缝及其他异常情况，结构抗裂性较好。

综合分析认为，该带挂梁的V形墩刚构拱组合结构整体刚度和强度较大，整体受力性能良好，满足公路-Ⅰ级的设计荷载要求。