钢筋混凝土系杆拱桥荷载试验与结构动力分析

1 工程概况

以高安市筠州大桥为例,该桥于2000年12月开工建设,2002年12月建成通车,主桥为中承式钢筋混凝土系杆拱,双飞燕式布置,大桥全长586.24m(主桥320m,引桥266.24m)。主桥为主孔156m中承式钢管混凝土系杆拱,左、右两边孔为42m变截面钢筋混凝土半拱,两岸边拱与引桥间各设一跨40m简支箱梁,全长240m。桥梁设计荷载：汽车-超20,挂车-120,人群荷载3.5kN/m2,由于运营时间较长,超载车辆较多,根据《公路桥涵养护规范》(JTG H11-2004)的规定,对该桥进行了安全检查和健康评定。桥梁立面图如图1所示。

图1 桥梁立面

2 承载力验算

2.1 检算原则与特点

本次计算采用现行桥梁结构专用有限元分析软件Midas civil-2015进行结构验算。

(1)结构尺寸、材料及线型按《高安市筠洲大桥工程两阶段施工图设计》(上海同济规划建筑设计研究总院)确定。

采用SPSS 20.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

(2)钢管拱内混凝土浇注程序按原设计图纸进行模拟。

(5)钢管拱与吊杆内力计算均按承载能力极限状态进行组合与验算。

粉彩花鸟瓷绘画中粉彩清雅的釉色与瓷器莹润的玻璃白的结合与国画中花鸟作品的线条和清雅的色彩有着异曲同工之妙。

(4)结合行车道宽度和设计规范,汽车荷载按双向四车道进行检算,非机动车道其荷载标准按机动车道的70%计算。

公司旗下持有或控股的矿山较多，主要有青海锡铁山铅锌矿、西藏玉龙铜矿、四川呷村银多金属矿、内蒙古获各琦铜矿和双利铁矿等矿山。

(3)检算时不考虑桥面板与桥面铺装参与受力。

研究桥梁的整体结构的动力学特性,以评价桥梁的实际运营状况和桥梁的实际承载能力。桥梁的自振频率处在某些范围时,很容易由于外荷载如行驶车辆、行人、地震、风载等引起桥梁的共振,从而对桥梁结构进一步损伤。通过桥梁动载试验测定桥梁动力学性能和自振频率,对桥梁实际运营状况进行评价。本次动载试验主要对桥梁结构固有振动参数进行测量。

图2 主桥有限元计算模型

测试所得桥梁第六跨实测振动频率见表3。

酿酒酵母在麦芽汁培养基中经二级活化后于麦氏培养基平板上划线，28 ℃培养。每天进行子囊孢子染色并镜检，观察酿酒酵母产孢情况[11]。产孢率较高时（5～7 d左右），采用文献[12]进行酿酒酵母单倍体分离。将单倍体分离后得到的菌液适当稀释，涂布于麦芽汁培养基平板上，28 ℃培养2～3 d，最后PCR鉴定单倍体菌株[13]。

2.2 钢管混凝土拱肋计算结果分析

通过筠州大桥主桥动载试验实测数据及与理论计算对比分析,可以得出如下结论：筠州大桥试验桥跨实测振动频率与对应理论值的比值均大于1,说明试验桥跨整体抗竖弯刚度达到理论预期。

表1 钢管混凝土拱肋控制截面上肢承载能力极限状态检算结果表

位置类型原设计荷载规范JTG B01-2014规范1.2×恒载+1.1×汽-C201.2×恒载+1.1×挂-120公路-I级N(kN)M(kN·m)抗力N(kN)N(kN)M(kN·m)抗力N(kN)N(kN)M(kN·m)抗力N(kN)拱脚最大14884-1497332291702113462418312798-120232727最小16238-3522856218127-3382841414218-6027692L/4最大10271882709912404-9027837104117527160最小149712972658818665-358284421519229426608L/2最大12940-966314981498713142389412709-100931789最小16699-67529558203608192568016753-66229508

3 动载试验验算

3.1 动载试验及测试内容

(6)根据钢管混凝土的特点及实际施工程序,主桥钢管划分为248个单元,吊杆划分为46个单元,拱上立柱划分为8个单元,钢管间支管划分为238个单元,横撑划分为199个单元,吊杆横梁划分为493个单元,主桥系杆拱桥有限元结构计算模型见图2。

3.2 动载实验结果

(1)第二跨20m小箱梁动载试验的结果

测试所得桥梁第二跨实测振动频率见表2。

(2)第四跨40m简支箱梁动载试验的结果

本次检算按原设计荷载汽车-超20,挂车-120及现行桥梁设计荷载标准公路-Ⅰ级进行检算。

图3 第二跨一阶理论振型

图4 第二跨二阶理论振型

(3)第六跨钢管拱动载试验的结果

测试所得桥梁第六跨实测振动频率见表4。

3.3 动载实验结果小结

由表1可知：钢管混凝土拱肋截面承载能力能够满足原设计荷载QC-C20、GC-120及现行设计荷载公路-I级荷载使用要求。同理,经验算分析,在原设计荷载QC-C20作用下S1～S23号吊杆安全系数为3.0～3.3,满足规范允许值不小于2.5的要求；在原设计荷载GC-120作用下S1～S23号吊杆安全系数为2.5～2.7,满足规范允许值不小于2.5的要求；在现行设计荷载公路-I级作用下S1～S23号吊杆安全系数为2.8～3.0,满足规范允许值不小于2.5的要求。

表2 第二跨各阶实测振动频率与对应理论值

阶次1阶2阶实测频率值(Hz)7.69.9理论频率值(Hz)6.407.78桥梁自振频率测试结论桥梁实测自振频率为7.6Hz>理论自振频率6.4Hz,且频率实测值/频率计算值=1.19,结构实际刚度大于理论刚度

图5 第四跨一阶理论振型

图6 第四跨二阶理论振型

表3 第四跨各阶实测振动频率与对应理论值

阶次1阶2阶实测频率值(Hz)3.57.5理论频率值(Hz)2.737.59桥梁自振频率测试结论桥梁实测自振频率为3.5Hz>理论自振频率2.73Hz,且频率实测值/频率计算值=1.28,结构实际刚度大于理论刚度

图7 第六跨一阶理论振型

图8 第六跨二阶理论振型

表4 第六跨各阶实测振动频率与对应理论值

阶次1阶2阶实测频率值(Hz)1.0091.526理论频率值(Hz)0.6621.158桥梁自振频率测试结论桥梁实测自振频率为1.009Hz>理论自振频率0.662Hz,结构实际刚度大于理论刚度。

4 安全检查

通过对该桥的安全检查发现：钢管拱局部涂层剥落、锈蚀,吊杆横梁剥落露筋开裂；引桥部分支座老化开裂、剪切变形、偏移脱空；钢管拱存在大面积混凝土脱空脱粘现象；吊杆减震块破损。

1.2.3 质量控制 科学设计问卷，确保量表信度与效度较高，诊断标准统一，复核当日调查资料，双录入数据，尽量避免偏倚。问卷填写10～15 min，现场完成回收。问卷回收时，仔细核查问卷数目，避免遗漏；及时解释疑问并更正错误。

5 结论及建议

(1)桥梁结构检算结果表明,该桥目前能满足原设计荷载汽-超20、-120极限承载力状态的要求。

(2)该桥动载试验结果表明,试验跨结构动力性能正常,刚度和动力响应都能满足设计荷载正常使用极限状态承载能力要求。

(3)桥梁存在局部露筋、钢管拱涂层剥落、支座脱空等严重影响结构安全和耐久性的病害,因此建议：定期对主拱肋防锈涂层进行保养以防钢管锈蚀削弱结构承载能力，宜每3～5年重新涂装一次；对吊杆下端老化变硬的橡胶减振块进行更换,并采取有效措施防止水沿防水罩处渗入至锚头处造成锚头锈蚀；及时更换支座；对钢管内混凝土不密实、空洞严重处,在病害相邻处钻孔并压注水泥基注浆料,然后封闭钻孔。

因此，根据企业战略的构成要素，可以总结出企业战略具有全局性、长远性、竞争性、系统性四大特征。企业战略立足于企业的未来愿景，围绕着企业的发展目标，持续长效地指导企业经营管理活动。同时，对企业内外部环境的分析，明确了企业自身的资源优势，充分发挥了资源配置的作用，自上而下的由组织机构决策层再到各职能部门，构成战略系统，相互协调配合，提升核心竞争力，助推企业长远、健康地发展。

参考文献

[1] 唐小兵,徐立强. 钢管混凝土简支系杆拱桥管道摩阻系数确定及施工监控[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2009,33(1)：180-183.

[2] 中华人民共和国交通部. JTG H11-2004公路桥涵养护规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[3] 由立超. 大跨度单面索系杆拱桥荷载试验研究[J]. 北方交通,2017(7)：58-61.

[4] 谢晓阳. 钢筋混凝土系杆拱关键病害及养护技术[J]. 建筑工程技术与设计,2017(16)：381-382.

[5] 冉志红,林帆,等. 基于实验模态的桥梁结构动力分析理论研究[J]. 公路工程,2015,40(4):10-13.

[6] 田仲初. 佛山东平大桥静动力分层次有限元模型修正研究[J]. 振动与冲击,2007,26(6)：162-165.

[7] 王和泰,王立宪. 钢筋混凝土桥梁荷载试验与结构动力分析[J]. 甘肃科技,2011,27(6)：113-115,151.

[8] 陈开利,王邦楣,林亚超. 桥梁工程鉴定与加固手册[M]. 北京：人民交通出版社,2005.