摘 要：以一座上承式混凝土拱橋為例，計算分析其在設計活載及試驗荷載作用下結構的荷載響應，基于理論分析及現場荷載試驗的結果，對該橋的承載能力及使用性能進行分析和評估。有限元的建模方法及靜動載試驗對該種類型的橋梁結構性能的評估及分析提供工程借鑒。

　　關鍵詞：中承式拱橋,靜動載試驗,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，并且受到施工條件、技術及計算水平的限制，很多橋梁存在局部的缺陷。同時結構本身材料的老化、車輛超載的影響，經過多年的運營，結構存在不同程度的病害及缺陷，這些都會影響該橋的結構性能，并對交通運輸存在很大的安全隱患。

　　通過靜動載試驗和計算評估，可以了解該橋的得實際工作狀態，判斷該橋的承載能力，評估其在設計荷載下的工作性能，并對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，橋寬12.7m，橫向布置為0.35m(防撞欄)+12.0m(機動車道)+0.35m(防撞欄)，矢跨比為1/5，拱軸線均采用懸鏈線。其設計荷載等級為汽車-20級、掛車-100。該橋的里面如圖1所示。

　　2.靜載試驗與分析

　　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個節點和650個梁單元。根據設計荷載計算出各截面的彎矩，利用動態規劃加載方法計算出拱肋在設計荷載作用下的彎矩。

　　本次加載方式為逐級遞增加載，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到加載效率，工況3～4使0#~1#軸L/4拱肋正彎矩達到加載效率，工況5～6使1#軸跨拱腳負彎矩達到加載效率。

　　2.1 試驗撓度結果與分析

　　主拱圈在對稱加載工況下跨中各測點的撓度測試結果如圖3所示。從圖3中可以看出，主拱圈在對稱加載工況下的實測變形曲線連續光滑，并均小于理論計算值，表明主拱圈結構受力合理，具有良好的整體剛度，滿足設計荷載的要求。

　　2.2 試驗應變結果與分析

　　拱橋應變測試截面選擇在0#~1#軸跨跨中截面，L/4截面，1#軸處拱腳截面和，每個截面布置4個應變測點，共計12個應變測點。

　　從表2可以看出，各個工況下想對應的主拱圈截面的應力校驗系數為0.62~0.83，均小于1，校驗系數滿足《試驗方法》中關于橋梁校驗系數式中：α=1.10，β=0.60的要求。

　　3.動載試驗與分析

　　動載試驗主要內容是測試橋梁結構的自振特性、受迫振動特性以及加速度時程響應。自振特性的測試在橋梁無荷載作用下所處的自然環境中進行，自振特性測試采用地脈動為激振源;受迫振動測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行激勵振動。動載試驗采用DASP動態測試與分析系統進行。

　　動測數據分析表明：實測一階自振頻率為11.24Hz，阻尼比在0.7509%~4.0607%之間，而對應的理論計算一階頻率為8.75Hz;實測頻率均大于理論計算值。表明該橋的實際剛度較大，振動響應較小，行車性能正常。

　　4.結語

　　通過對該橋靜動載試驗測試數據分析表明：

　　(1)在靜載試驗荷載作用下，實測撓度值均小于計算撓度值。表明該橋安全儲備較大，承載力滿足設計荷載的要求，行車性能正常。

　　(2)實測頻率大于理論計算值，表明該橋的實際剛度較大，振動響應較小，行車性能正常。

　　參考文獻

　　[1] 中華人民共和國交通部.JTJ021-89公路橋涵設計通用規范[S].

　　[2] 交通部公路科學研究所等.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S]. 北京：人民交通出版社,1982.

　　[3] 李曉斌，楊永清. 鋼筋混凝土拱橋的評估與加固前后性能對比分析[J]. 四川建筑科學研究, 2007,33(4):98-102.