某飞鸟式拱桥拱座开裂加固后静动载试验与分析

表 2 和表 3 分别列出了最大级试验荷载下 , 控 制挠度测点和应变测点的理论与实测值比较结果 。 由表 2 可知 ,在最大级荷载作用下 , 桥面 10 号测点 最大弹性挠度为 16. 9 mm , 满足文献 [ 6 ] 的要求 ; 相 应挠度校验系数为 0. 96 , 相对残余率为 0. 10 , 均能 满足文献 [ 5 ] 的要求 。在最大级荷载作用下 , 拱肋 11 号测点最大弹性挠度为 10. 0 mm , 满足文献 [ 6 ] 的要求 ; 相应挠度校验系数为 0. 96 , 相对残余率为 0. 10 ,均能满足文献 [ 5 ] 的要求 。在最大级荷载作用 下 ,北侧拱座顺桥向水平最大弹性变形为 1. 16 , 满 足文献 [ 6 ] 的要求 ; 相应挠度校验系数为 1. 00 ,相对 残余率为 0. 09 ,均能满足文献 [ 5 ] 的要求 。
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世界桥梁 2007 年第 3 期
图2 试验荷载满布载位示意
3 变形测点及应变测点布置 3. 1 变形测点布置

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某飞鸟式拱桥拱座开裂加固后静动载试验与分析 孙 卓 ,赵新生 ,刘爱荣 ,张俊平
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6 结语和建议 ( 1) 该桥主控位置变形和应变均小于理论计算
动载试验主要是测试主跨桥面的自振和车辆通 过时的受迫振动特性 。自振特性的测量在桥梁无荷 载作用下所处的自然环境中进行 , 采用地脉动为激 振源 ; 对其受迫振动特性的测量则是利用 1 台重约
感器固定于测试吊杆 ,利用地脉动激振 ,对采集信号 进行频谱分析获取吊杆的自振频率 , 由此获取吊杆 轴力 。5 号和 8 号吊杆实测轴力与理论计算结果的 比较见表 4 。从表 4 可以看出 , 5 号和 8 号吊杆最 大轴力增量实测值与理论值的比值分别为 1. 03 和 0. 89 ,残余轴力增量与最大轴力增量的比值分别为 0. 04 和 0. 02 ,均能满足文献 [ 4 ] 的要求 。
注 : 吊杆编号由边吊杆计起 ,5 号和 9 号吊杆分别对应主跨四分 点和跨中吊杆 。
利用 M IDA S/ Civil 软件建立了该桥空间杆系 板壳组合有限元计算分析模型 ( 见图 1 ) 。其中主拱 肋、 边拱肋 、 横梁 、 纵梁和立柱划分为 1 273 个空间 梁单元 ; 桥面板划分为 2 528 个板单元 ; 吊杆和系杆 划分为 38 个空间杆单元 。考虑到拱肋为钢管混凝 土 ,计算分析时将其等效为钢结构 。根据该有限元 模型 ,并采用动态规划法 ,计算确定了主拱肋和吊杆 在活载作用下的控制内力 ( 见表 1) 。 根据该桥实际结构特点 ,静载试验主要针对主
4 静载试验结果及分析 4. 1 挠度及应变测试结果及分析
由表 3 可知 ,在最大级荷载作用下 ,主拱肋拱脚 ε,而对应的 1 - 1 截面下缘最大弹性应变为 - 57. 4 μ ε, 二者比值为 0. 95 ; 主拱肋 理论计算值为 - 60. 5 μ ε, 四分点 4 - 4 截面下缘最大弹性应变为 - 57. 6 μ ε, 二 者 比 值 为 而对应 的 理 论 计 算 值 为 - 70. 0 μ
表4 试验荷载下吊杆实测轴力值与理论值比较
加载工况 空载 最大荷载 残余 杆号
5 8 5 8 5 8
系统 ,测试传感器分别布设在主跨跨中 、 L / 4 截面及 3 L / 4 截面 ,每个位置布设 2 个传感器 ( 见图 6 ) 。
图6 主桥动载试验测点布置示意
实测值/ kN
1 090 1 070 1 390 1 320 1 100 1 060
图3 桥面及拱肋变形测点示意
北侧拱座
表3 拱肋下缘实测和理论应变比较
ε 实测值/μ 理论值 校验系数 相对残余率 截面位置 最大弹性 残余应变 ε S s /μ Se/ S s Sp / ( S e + Sp ) 应变 S e Sp
1 - 1 下缘 - 57. 4 - 57. 6 2. 7 - 0. 6 - 60. 5 - 70. 0 0. 95 0. 82 0. 04 0. 01 4 - 4 下缘
某飞鸟式拱桥拱座开裂加固后静动载试验与分析 孙 卓 ,赵新生 ,刘爱荣 ,张俊平
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某飞鸟式拱桥拱座开裂加固后静动载试验与分析
孙 卓 ,赵新生 ,刘爱荣 ,张俊平 ( 广州大学土木工程学院 ,广东 广州 510006)
摘 要 : 针对某飞鸟式拱桥拱座加固后结构性能进行静动载试验 。分析了静载试验中控制位置变形 、 应变 ,吊 杆轴力等控制指标 ,观测了拱座裂缝变化情况 。并采用模态分析法比较动载试验所确定桥面前两阶振型及频率 , 对实测加速度及动挠度变化规律与理论结果进行比较 , 计算确定冲击系数 。试验结果分析表明 , 该桥检测指标均 能满足要求 ,行车性能较好 。表明该桥拱座加固效果良好 ,使用性能比较理想 ,可适应设计荷载等级的要求 。 关键词 : 拱桥 ; 拱座 ; 应变 ; 挠度 ; 动力特性 ; 桥梁试验 中图分类号 : U443. 23 ;U446. 1 文献标识码 :A 文章编号 :1671 - 7767 (2007) 03 - 0055 - 04
5 动载试验结果及分析
跨桥面第一阶特征频率为 1. 70 Hz , 振型为反对称 竖弯 ,第二阶特征频率为 2. 67 Hz ,振型为对称竖弯 ( 见图 7 ) 。实测结果表明该桥主跨固有频率及振型 与理论计算结果吻合良好 , 表明该桥主跨整体刚度 及整体变形较为理想 。需要说明的是 , 该桥第一阶 和第二阶理论振型分别为主拱肋反对称和对称侧 倾 ,而实际对行车有直接影响的是桥面的自振特性 , 所以本次试验只针对主跨桥面进行了竖向激励 , 试 验测定前两阶结果为桥面竖向振型 。 基于跑车下所确定的结构加速度及动挠度表 明 ,实测加速度及动挠度变化规律与理论结果一致 , 并由实测动挠度确定冲击系数为 1. 003 , 表明该桥 行车性能较好 。
3. 043 % ,振型为对称竖弯 。理论计算表明 , 该桥主
4. 3 拱座裂缝监测
在试验前观察到该桥西北侧拱座有裂缝存在 , 裂缝走向与该拱座加固前基本一致 ,裂缝宽度约0. 1 mm 。究其原因在于拱座采用套箍钢板进行加固 , 加固过程中未对原有裂缝处理 , 表面抹灰后原有裂 缝反射所致 ,对结构的受力没有大的影响 。其它拱 座以及主桥边墩均未发现肉眼可见裂缝 。在整个试 验过程中 ,该桥的 4 个拱座及边墩经监测和详细检 查 ,均未发现有新裂缝产生 ,既有裂缝的宽度也未发 生变化 。
收稿日期 :2007 - 04 - 09 作者简介 : 孙 卓 (1974 - ) ,男 ,副教授 ,1995 年毕业于北方交通大学土木工程系铁道工程专业和计算机科学技术系计算机软件专业 , 获双学 士学位 ,1998 年毕业于北方交通大学土木工程学院桥梁与隧道工程专业 ,获硕士学位 ,2002 年毕业于北方交通大学土木工程学院桥梁与隧道 工程专业 ,获博士学位 ,2002～2004 年在同济大学桥梁系从事博士后研究工作 。
轴力增量/ kN 实测值 理论值
306 254 11. 7 - 64. 2 298 284 0 0
对该桥的地脉动及跳车试验所得的加速度信号 进行频谱分析及模态分析表明 , 该桥主跨桥面的第 一阶特征频率为 1. 51 Hz ,阻尼比为 3. 0 % , 振型为 反对称竖弯 ; 第二阶特征频率为 2. 70 Hz , 阻尼比为
表2 控制测点变形结果比较
实测值/ mm 理论值 校验系数 相对残余率 测点位置 最大弹性 残余挠度 S s / mm Se/ S s Sp / ( S e + Sp ) 挠度 S e Sp
10 号 11 号 16. 9 10. 0 1. 16 1. 8 - 1. 1 0. 1 17. 6 10. 4 1. 16 0. 96 0. 96 1. 00 0. 10 0. 10 0. 09

1 前 言
某飞鸟式自平衡体系系杆拱桥主桥跨度分布为
( 41 + 125 + 41) m ,桥面宽 40 m ,主桥中跨和边跨各
设 2 片中间无风撑的矩形钢箱拱肋 , 拱肋两侧内外 腹板间灌注 C30 混凝土 ,肋宽 2. 5 m ,肋高按二次抛 物线变化 ,中跨拱肋高 2. 5～3. 5 m ,边跨拱肋高 2. 0 ～2. 5 m 。设计荷载为汽 — 超 20 、 挂— 120 , 人群荷 2 载 3. 50 kN/ m 。该桥建成通车近 8 年后 ,主桥西侧 拱座存在多条基本贯通整个拱座的竖向裂缝 , 最宽 的一条裂缝宽度已达 5 ～ 6 mm , 且裂缝发展未趋稳 定 。综合考虑现场检查 、 测量及仿真计算结果 ,确定 了裂缝可能产生的原因 [ 1 ] 。根据对裂缝成因的分析 结果及相关结论 , 对该桥 4 个拱座进行了加固 。为 了验证加固效果以及加固后该桥的承载能力和使用 性能 ,并对其受力性能和安全等级做出评估 ,为科学 养护 、 日常管理提供依据 , 对该桥进行了静动载 试验 。
图4 拱座变形测点示意
3. 2 应变测点布置
根据文献 [ 4 ] 的规定及分析计算 ,应变测试断面 分别选在靠近加载侧的主拱肋拱脚 、 四分点和拱顶 。 在拱脚处测试断面的上缘和下缘分别布设 3 个应变 测点 ; 在主拱肋四分点和拱顶断面 ,下缘布设 3 个应 变测点 ,拱肋侧腹板的上缘和下缘各设 2 个应变测 点 ( 见图 5 ) 。全桥共设 33 个应变测点 。本次检测 采用基康 GK400 钢弦式应变计 ,量测内容为各级荷 载下的应变及卸载后的残余应变 。
2 活载内力计算及加载布置
图1 计算模型 表1 设计活载控制内力