既有刚架拱桥结构损伤检测及研究
郑则群，房贞政
（强州大学始构工程研宽所，振建福州350002）
[摘要】刚架拱桥是在双曲扶断、架拱桥基础上结合斜题别构的特点发展而亲的复合结构桥型，兼有其与斜提刚架的力学特性和优势.通过对一运营十多年既有酬架供桥的结构损伤调在究，同时开展静载试验研究，测定桥繁应力、变形等结构整体行为，评估该桥承载能力等实际工作状态，为加固设计提供依据.
[关键司]既有明架扶桥：结构损伤；承载能力；试验：力学性能：加图
[中图分类号]U441.2：U445.7 [文章编号]1002-8498（2011)06-0098-05
[文献标识码】A
Detection and Research on Structural Damage of Existing Rigid Frame Arch Bridge
Zheng Zequn Fang Zhenzheng(Itiuae for Sraclwrol Enginering Fateu Usienily Fashow Fajios350002 China)
double cured arch bridge and truss areh bridge which respect to rigid frame bridge with inclined lepx. Abstraet;Rigid frame areh bridge is developed as a bined bridge type besed en reinfored conereteA structural damage of rigid frame arch bridge that has been used moee than a decade is investigated. Ataaq a a aa aad o ppn ae ap p aedeo uq aq the same time loading test is carried out in order to measure stress and deflection of the rigid frame archreinforcement design.
Key words: existing rigid frame arch bridge; structural damage; bearing capacity: experiment;mechanical performance; reinforcement
刚架供桥是在双曲拱桥、桁架拱桥等建筑经验成刚架拱片，在削架拱片间设置模系梁，安装预制助基础上结合斜题削构的特点发展面来的复合桥型，融板（或微弯板）和悬臂板，现浇混酸土填平层和桥 其承重结构由供肋（券）构成，换上建筑取斜腿刚架面铺装组合面成，该刚架拱桥总长112.41m，净跨的形式，因面兼具换与刚架的特性，充分发挥了斜题45m，净矢高5.625m，矢跨比1/8.共1跨.析乘全刚架和拱在力学性能上的各自特点和优势.刚宽24m，其中主车道18m，两侧人行道各宽1.5m，两 架拱桥属于有推力的高次超静定结构（）.刚架供侧栏杆各宽0.25m.设计荷载汽-20、挂-100.桥面桥结构损伤检测的方法主要有人工肉眼检查、桥梁织坡为3%，横坡为1%.上部预制构件除实腹段的局部检测和荷载试验等.对结构整体安全状态的检底弧采用二次抛物线外，其余均为直构件.实腹段架设弦杆和斜撑形成8片供片.桥面构造形式采用预制微弯板与现浇混极土填平层及桥面铺装层组合，形成1%的横坡.实额段、上弦杆间的横系梁竖 直安放，拱腿间的横系架横卧安放，以加强供片间的横向稳定，除桥面、填平层及接头为现浇混凝土外，股预制，主拱分4段预制并设支架拼装就位.模型 其余均预制混减土构件.拱腿、斜律及弦杆均为一布置如图1所示.
面使人们对桥梁的力学性能、安全性能有一个整体念，在工程实践中应综合采用，以全面采集桥聚状态信息.
1工程概况
本文研究的刚架拱桥已运背十多年，由拱题与实腹段组成操肋，在裸助的基略上架弦杆及斜撑形
均采用300号混发土.拱支座预留凹槽中设准浆 雅注桩、承台、阻滑板采用200号混极土，其余
中2号拱片斜撑下部横向裂缝宽0.2mm，并沿截面裂缝.在1号桥台，4，7，8号拱片的17号构件的底 向下延伸30cm左右.桥台斜撑底也发现一些横向部分别有宽0.2.0.2.0.32mm登缝.裂缝位置及大小如图2所示.
Flg.1The rigid frame arch bridge 图1刚架拱样示室
图2桥台科律典型裂缝分布Flg-2Typical cracks distribution of abutment brecing
槽，安装拱腿后，在槽内向底部人高强度等级砂浆，拱脚两侧塞填硬木，防止砂浆流人，待全拱完成销垫砂浆，侧面不覆浆.弦杆支座为两层油毯铺垫. 后再在供脚两则雁浆.斜撑支座只需在预留凹槽内
4）横系梁横系梁基本完好，仅部分局部存在混凝土刹落.
3试验研究
根据刚架桥的结构特点确定的静载试验测试项扶顶截面、3/4截面及斜撑关键截面的应变：②在试 目如下：①在试验荷载作用下拱券损脚、1/4截面、验荷载作用下的各拱片拱脚处、上弦杆处水平位移，各拱券关键点的竖向挠度.试验荷载采用25：载重 汽车2部，通过应变测试值与理论值的比较，判断桥整体刚度与藏面承载刚度是否满足使用要求，典1号拱片测点编号，1-1截面2-8号拱片测点编号 型应变测试截面及测点如图3所示.图3中仅给出为5~32.排序规则同1号拱片.2-2 6-6截面2-8号拱片测点编号为2-8.
2桥乘结构损伤
出现了不同程度损伤，如拱顶发现大量裂缝，桥面伸 经过十多年的使用，刚架拱桥的主要受力构件缩缝严重损坏等.
现大面积开裂、压碎、混凝土剥离、砂石料操露、钢筋 1）桥面系与立柱现状桥面平整度较好，未出外露现象.人行道板部分破损：栏杆基本完好：伸缩缝破损非常严重，缝宽10cm左右.伸婚缝两端有高 差，会引起明显的跳车.本桥采用轻型桥台，桥梁外弦杆与立柱间未设支座，仅用2层油毯铺垫，局部受压严重，大多数立柱有大断积混凝土到落，同时伴有主箭外露锈该.
2）主拱券在拱脚上缘发现许多横向裂缝，沿截面由上向下发展20-30cm，4号等拱片拱脚均缝，在供顶附近区域比较集中，有较多的贯通横裂缝，宽2-3mm；部分拱片拱顶处出现较长的纲向裂 缝，主外露，并有一定程度锈蚀.其中4号拱片拱有一部分洪顶底部混凝土被压碎，有混凝土脱落并
发现多条横向发缝向截面下部延伸，裂缝最宽为 0.3mm，最长延伸30cm.供顶实腹段发现大量裂顶底面纵向裂缝宽5mm左右，长1m，肉眼可见其主船外露并发生锈蚀：有大量随意分布的无规则裂缝、外露主船.
图3应变测点布置Fig. 3 Layout of straln monltering polnts
通过挠度测试数值与计算数据比较，判断桥梁整体刚度并综合应变测试比较，对桥梁作出是否达 到设计要求与是否满足使用要求的判断.变形测点布置如图4所示.
料视露、麻面、蜂窝等不良现象.斜撑顶部下缘有较 3）刚架拱斜撑斜律混凝土表面基本无砂石多横向裂缝治截面下部向上发展.其中1号拱片主城区则斜撑顶部最大裂缝宽达1mm.斜撑底部上缘发现有较多横向裂缝，由截面上部向下延伸，其
根据实际情况，共分10个工况加载，其中工况1-5为偏载布置，工况6~10为中载对称布置，分
图4变形测点布置Fig.4 Layoet ef deformation monitering points
别测试各工况关键截面的最不利情况.具体如下：
1）工况1（工况6）主城区侧拱顶截面正弯矩及轴力.测试内容为第1跨各片刚架拱拱顶、拱脚截面应变，拱脚竖向及水平位移.
2）工况2（工况7）斜撑底部最不利负弯矩.测试变形与刚架斜撑底部应变.
与1/4截面正弯矩.测试变形，刚架拱拱脚截面、1/4 3）工况3（工况8）主城区侧拱脚截面负弯矩跨拱底截面应变.
力.测试变形与斜撑底部应变. 4）工况4（工况9）斜撑底部截面最不利轴
5）工况5（工况10）侧斜撑底部最不利正弯外弦杆跨中底部应变.加载点布置如图5所示. 矩与外弦杆跨中最不利正弯矩.测试变形及斜撑、
试验主要判定桥梁承载能力、刚度是否满足设计要求.对各测试截面，按照内力等效的原则，按内 力影响线布置试验荷载.试验荷载效率确定如下：
（1）式中：n为静力试验荷载效率：S为试验荷载作用下，某一检测项目的计算值；为设计标准荷载作用下相应检测项目的计算值（不计冲击系数）；1μ为
(1)
Fig.5 Loading positioas of vehicies 图5车辆加联位量示意
设计计算取用的冲击系数.
4计算及试验结果分析
4.1有限元模型
鉴于桥梁主要受力构件一主拱助及主斜撑破损严重，取较低静载试验效率，并采用两车道布置，0.51 0.7.加载过程中实时观测并计算各控制点的 工况1-5静载试验效率分别为0.72，0.54，0.51，应变、浇度变化，保证试验顺利进行.
采用有限元软件Drbridge建立单片削聚模型进行分析.模型的单元参数和边界约束状况与实际结构相符.仅建立单片刚架拱片的有限元模型.沿横 桥向的受力分布由桥梁的横向分布系数计算.根据桥梁的实际情况及相关工程经验，在桥架跨中附近1/4截面附近以修正刚性横梁法计算其模向分布系 采用弹性支承连续梁法计算其横向分布系数：在数.对所建立的别架桥有限元模型进行试验荷载作线，在各截面内力影响线上布置试验荷载，计算静载 用下结构内力分析.对各测试截面计算内力影响试验效率.同时计算各测试截面在各种荷载工况下的应变值，以便与实测值进行比较，确定校验系数.模型考虑削架拱上现浇桥面在浇筑后完全参与刚架 供的受力.
计算模型边界条件：主拱脚为三向约束，约束其束其横向位移、转角位移. 水平位移、竖直位移及转动位移.斜撑根据设计约
300号混凝土换算成新规范强度等级为C28，其弹性模量为2.92x10MPa，抗压强度设计值为
万方数据
Table 1 Straln of vault seetion 表1横顶截面皮安
工家 加载面 1-1截面（铁顶截面）测点 应变 1 4 2 9 -9 3 -12 4 47 22 6 90 7 -7 8 -12 9 10 3 11 9 -49 12 -3 13 14 22 15 IE -22 16应安 别点 -3 17 -4 18 -5 19 20 0 -5 21 22 0 -11 23 -17 24 -7 25 -15 26 -29 27 -8 28 -12 29 -10 30 -6 31 -11 32工&6 到点 应变 -17 1 -10 2 -1 3 4 5 19 6 7 0 5 9 1 10 6 12 -6 12 13 13 100 14 15 -32 16测点 应变 -23 17 11 19 -13 20 21 -20 22 23 24 25 26 27 28 29 30 19 31 3219 7 0 76 24 -1 12 18 -5 -8 11 -10 -14
12.9MPs，泊松比取0.167.容重取2500kg/m.主筋采用Ⅱ级钢，其他采用I级钢赔.
构件，并发生了一定程度的破坏.
工况3.8荷截作用下拱脚截面的应变实测值与计算值如表4所示.
4.2试验与计算结果比较
表4拱脚微面应变
4.2.1应变分析
拱顶截面不利加载下，工况1荷载作用下关键为正，压为负. 截面的应变实测值与计算值如表1所示.应变以控
Table 4Straln of arch foot seetlon μe工况3 IR 测试假面 成 1 3-3截面下缘（侯脚截面负可矩区） 2 3 实测保 理论值 7 -1 17 -1 12 6 6 7工况8 测点 实厕保 2 0 -13 3 -36 4 -39 -13 6理论值 17 12 11 7 T
由表1可知，工况1为拱顶最大正弯矩的布载情况.测出的拱顶截面的应变无规律，和理论数据 相差较大.主要由于各拱片在拱顶截面附近的混凝土有许多横间及纵向裂缝开展，同时有混凝土压遗并脱落、主筋暴露并锈蚀的现象.工况2，7及4，92 3所示. 荷载作用下关键截面的应变实测值与计算值如表
应力，面实测值却为压应力.可能是由于刚架拱片 由拱脚截面应变分析可知，该截面理论值为拉的主拱脚发生了一定转动，从面减小了拱脚处的负弯矩，使拱脚戴面受压.
表2斜撑顶截至应变Table 2 Strei ef bracing top ectoe
由对称荷载作用下的试验应变可知，在对称荷载作用下，关于桥梁纵向中线对称拱片相同测点的中轴线偏位.由应变测试结果可知，应变沿横桥向 应变不同，表明各拱片的破坏程度不同面导致桥梁分布规律不明显，桥梁整体性不强：同时，外观检测中发现部分连系梁发生一定程度的破损，因此导致 其横向分布无明显规律.
工& 测试面 44截面上豫（新撑区负弯矩区）工&2 点 1 2 4 5实测筑 理论值 16 15 24 29 24 7 16 9 6I&7 校验系数 测点 2 1.04 0.34 3 1.22 4 0.44 5 6 09′1实州信 理论误 6 15 15 15 24 c- 24 7 15校秘系数 0.87 0.99 0.63 -0.84 0.46
4.2.2变形数据分析
跨中控制截面各工况下变形如表5-7所示.
表3斜津座能面应变
变形测试表明：①由表6.7可知，桥聚主城区侧拱脚及上弦杆的水平实测位移比理论值大得多，主要源于损脚、拱顶有一定的转角：②当荷载作用在主城区侧时，1/4截面浇度的实测值普遍小于理论值. 可能损顶截面破坏比较严重，沿桥聚纵向的受力体系发生一定程度的改变而引起：③绝大部分测点的1.1.超过相关规定要求，说明该桥梁整体刚度偏低. 试验值均大于理论值，绝大多数校验系数均大于表明主要受力构件拱券的拱顶受弯压破坏，传力路经有变化，结构体系改变.
Table 3Straln of bracing bottom section工&4 工R 测试藏面 点 1 44截当下境（科撑应截面） 2 3 4 5 6实测资 理论值 -23 13 -36 8 -36 62 KC- 7 -10 2 -1 1工&9 点 实测资 2 0 3 9 17 -44 5 6 0 7 0理论值 -9 -21 -36 -36 -23 -9
由表2.3可知，斜撑顶、底截面在相应的工况作用下理论值是压应力，面实测值大部分测点却是控 应力.此现象与在结构检查中发现的结果一斜撑底部上缘发现裂缝及斜撑顶部下缘发现登缝的情况相吻合.说明斜撑已由设计的轴压构件转化成压弯
由于大部分测点的试验值大于理论值，刚架换桥主要受力损架损伤严重，应采取加固措施.建议对刚架拱（包括节点区域、拱券、斜挥等）粘贴
Table 5Vertical deformation ef midspan sectlen 5跨中载面坚向变形
mm工院！ 换片 试验值 4.59 1 5.32 2 5.33 3 5.23 4 2.85 2.22 6工&2 试验值 理论值 2.16 2.67 4.12 3.10 4.11 3.21 2.79 1.58 1.11 1.34 0.16 1.03工&3 试验值 理论值 0.70 1.76 1.60 1.08 1.08 1.69 0.73 1.43 0.29 0.77 0.04 0.77理论值 0.11 1.01 0.17 1.09 0.17 26°0 0.12 0.35 0.05 0.72 0.01 0.91工&4 试验值 理纶值 试验值 0.08 0.13 0.12 0.08 0.03 0.00I&S 理论值 0.68 0.05 0.88 0.08 0.80 0.08 6°0 0.05 0.64 0.02 0.71 0.00工R6 换片 试验值 2.91 2 5.71 3 6.00 4 5.88 5 6.13 6 3.43 7试验值 理论值 1.00 1.99 2.63 3.04 4.14 3.89 4.14 3.86 3.41 2.63 1.00 2.80工&7 理论值 0.26 1.21 0.69 1.40 1.40 1.09 1.09 0.69 0.26 1.26工&& 试验值 理论值 0.04 0.11 0.17 1.35 0.17 1.21 0.11 0.04工泥9试验值 理论值 0.93 0.03 1.11 0.08 0.93 0.13 0.93 0.13 0.89 0.08 1.12 0.03工配10试验课 理轮值 0.02 0.48 0.54 0.05 0.55 0.08 0.08 0.37 0.05 0.47 0.57 0.02
表6 拱脚载面水平位移
Table 6Horizontal displacrment ef arch foot sectionmm
工家！ 换片 试验值 -0.65 3 -0.52 4 0.45 -0.58 6工院： 试验值 理论值 -0.87 0.10 -0.58 0.07 -0.49 0.03 0.53 0.00试院值 理论值 -0.26 0.79 0.18 -0.45 -0.07 -0.35 -0.38 -0.01工&3 试验值 理论值 -0.33 -0.48 -0.23 -0.26 -0.09 -0.22 -0.01 -0.24工院4 0.21 0.14 0.06 0.01工&S 试验值 理论值 -0.20 -0.13 -0.12 60°0- 0.04 -0.10 -0.01 -0.11工&6 试验值 理论值 0.33 0.06 1.36 0.10 1.15 0.10 0.59 0.06试验保 -0.38 -0.17 -1.27 -0.26 -0.26 0.67 0.17 0.20I&: 试验调 理论值 -0.28 -0.21 1.03 -0.34 -0.34 0.34 0.21 0.17I&9 试验值 理论值 -0.13 0.13 -0.61 0.21 -0.21 0.29 0.13 0.14工泥10试验值 理论值 -0.05 -0.08 0.27 -0.13 -0.13 0.17 0. 08 0.07
钢板加固：鉴于各片拱券的供顶1m范圈内混极土已压碎，应去除压碎的混凝土：上弦操支座原设计采 用的油毡可更换成板式橡胶支座：立柱上端采用植筋，并在支座处立柱端头的龍凝土、设加强双向水平局部破坏.伸缩缝可采用梳形伸缩健以避免行车过 钢筋，及设置钢板围擅以避免混凝土保护层前落的
大振动.
5结语
参考文款：
Tabt 7Horlzootal dsplacmeot of nd etln
豪7上弦杆端截面水平位移
for upper chords工&1 换片 试验值 -2.50 1 2.21 2 -1.87 3 -0.99 4工&2 理论值 试验值 0.29 -2.08 -0.20 -1.82 -0.08 1.52 0.01 0.78工&3 理论值 试验值 -1. 42 1.26 -0.97 1.09 -0.39 -0.98 0.06 0.49工院4 理论值 试验值 -1.32 0.57 -0.90 -0. 64 -0.36 -0.50 0.05 -0.24工院S 试验值 理论值 -0.81 -0.20 -0.55 0.12 -0.22 -0.21 -0.03 0.10I&6 试验值 理论值 -0.51 -1.19 -0.35 -1.17 -0.14 -0.67 0.02 0.11实验值 -0.19 0.95 -0.29 -0.86 cco- -0.42 -0.19 0.00工&1 理论值 -0.91 -0.47 -1.44 -1.44 -0.91工&： 试验值 理论值 0.85 -0.30 -1.33 0.03 -1.33 0.85 0.14工&9 试验值 理论值 0.11 0.52 -0.81 0.16 -0.81 0.21 0.28 0.52 0.23工&10试验值 理论值 -0.01 0.33 0.51 0.21 0.51 0.33 0.14
既有刚架拱桥普遍存在整体性不高，承载能力偏低，结构病害严重的情况.通过典型的既有削架拱桥结构损伤普查与加载试验，表明拱脚有一定水 平位移，主要受力构件拱券的拱顶已弯压破坏，传力路径有所变化：横向联系作用受到前弱，体现不出刚架拱桥横向分布性质：立柱顶端混凝土保护层压溃 掉落.
鉴于刚架拱桥主要受力供架损伤严重，应采取相应加图措施.建议对刚架拱进行粘贴钢板加固， 采用微那胀混凝土等置换压碎混凝土，立柱上端加强双向水平钢筋及设置钢板图额.刚架拱桥结构损伤可利用桥梁局部检测与荷载试验综合判定桥梁的提供依据. 刚度与承载能力与损伤机理，为既有刚架拱桥加固
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