时间：2013年06月14日 分类：推荐论文 次数：
摘 要：以一座上承式混凝土拱桥为例，计算分析其在设计活载及试验荷载作用下结构的荷载响应，基于理论分析及现场荷载试验的结果，对该桥的承载能力及使用性能进行分析和评估。有限元的建模方法及静动载试验对该种类型的桥梁结构性能的评估及分析提供工程借鉴。
关键词：中承式拱桥,静动载试验,有限元分析
0.引言
上承式混凝土拱桥跨越能力大、耐久性好、外形美观，可以有效的满足桥下净空的要求，特别适合于50~150m跨度的桥梁。由于混凝土拱桥建成年代一般较久远，并且受到施工条件、技术及计算水平的限制，很多桥梁存在局部的缺陷。同时结构本身材料的老化、车辆超载的影响，经过多年的运营，结构存在不同程度的病害及缺陷，这些都会影响该桥的结构性能，并对交通运输存在很大的安全隐患。
通过静动载试验和计算评估，可以了解该桥的得实际工作状态，判断该桥的承载能力，评估其在设计荷载下的工作性能，并对该桥的使用提出合理化的建议。
1.工程概况
某上承式混凝土拱桥建于1990年，主拱圈材料采用料石砌筑，跨径布置为2×27.5m，桥宽12.7m，横向布置为0.35m(防撞栏)+12.0m(机动车道)+0.35m(防撞栏)，矢跨比为1/5，拱轴线均采用悬链线。其设计荷载等级为汽车-20级、挂车-100。该桥的里面如图1所示。
2.静载试验与分析
利用Midas Civil软件建立了该桥有限元模型(图2)，其中拱肋、立柱采用空间梁格法模拟，桥面板采用板壳单元，模型共划分为864个节点和650个梁单元。根据设计荷载计算出各截面的弯矩，利用动态规划加载方法计算出拱肋在设计荷载作用下的弯矩。
本次加载方式为逐级递增加载，采用4量重约300kN的重车，通过工况1～2使0#~1#轴跨中拱顶正弯矩达到加载效率，工况3～4使0#~1#轴L/4拱肋正弯矩达到加载效率，工况5～6使1#轴跨拱脚负弯矩达到加载效率。
2.1 试验挠度结果与分析
主拱圈在对称加载工况下跨中各测点的挠度测试结果如图3所示。从图3中可以看出，主拱圈在对称加载工况下的实测变形曲线连续光滑，并均小于理论计算值，表明主拱圈结构受力合理，具有良好的整体刚度，满足设计荷载的要求。
2.2 试验应变结果与分析
拱桥应变测试截面选择在0#~1#轴跨跨中截面，L/4截面，1#轴处拱脚截面和，每个截面布置4个应变测点，共计12个应变测点。
从表2可以看出，各个工况下想对应的主拱圈截面的应力校验系数为0.62~0.83，均小于1，校验系数满足《试验方法》中关于桥梁校验系数式中：α=1.10，β=0.60的要求。
3.动载试验与分析
动载试验主要内容是测试桥梁结构的自振特性、受迫振动特性以及加速度时程响应。自振特性的测试在桥梁无荷载作用下所处的自然环境中进行，自振特性测试采用地脉动为激振源;受迫振动测试分别采用跳车的方式为激振源，跳车激振法是利用一辆约100kN的汽车，使其后轮在一高约15cm的垫块上自由下落进行激励振动。动载试验采用DASP动态测试与分析系统进行。
动测数据分析表明：实测一阶自振频率为11.24Hz，阻尼比在0.7509%~4.0607%之间，而对应的理论计算一阶频率为8.75Hz;实测频率均大于理论计算值。表明该桥的实际刚度较大，振动响应较小，行车性能正常。
4.结语
通过对该桥静动载试验测试数据分析表明：
(1)在静载试验荷载作用下，实测挠度值均小于计算挠度值。表明该桥安全储备较大，承载力满足设计荷载的要求，行车性能正常。
(2)实测频率大于理论计算值，表明该桥的实际刚度较大，振动响应较小，行车性能正常。
参考文献
[1] 中华人民共和国交通部.JTJ021-89公路桥涵设计通用规范[S].
[2] 交通部公路科学研究所等.大跨径混凝土桥梁的试验方法[S]. 北京：人民交通出版社,1982.
[3] 李晓斌，杨永清. 钢筋混凝土拱桥的评估与加固前后性能对比分析[J]. 四川建筑科学研究, 2007,33(4):98-102.