摘要：对广州某带裂缝的钢筋混凝土双曲拱桥进行了静载试验，将试验数据与MIDAS/CIVIL空间杆系板壳有限元模型的计算结果进行了对比分析，结果表明该桥工作性能及结构的变形恢复能力较差，该桥整体承载能力不能满足设计要求。
关键词：钢筋混凝土双曲拱桥；静载试验；有限元分析
1工程背景
广州市城区的某钢筋混凝土双曲拱桥是一座跨河涌的城市桥梁，该桥全长24.5m，拱跨计算跨径为17.6m，桥面总宽5.2m，车行道宽4.8m，桥台为重力式桥台。结构总体布置简图如图1所示。该桥于1971年12月建成，经过30多年的使用，桥梁病害较多，两侧中腹拱出现贯通的横向裂缝、多片拱肋在拱顶处出现纵向裂缝、拱脚开裂、桥面铺装开裂等各种严重的病害，该桥桥梁检查的总体技术评级为E级（危险）。由于该桥设计荷载不详，通过交通流量调查，根据实际的交通情况拟定该桥的设计荷载为城-B级。为了确保桥梁安全正常使用，进行了静载试验，通过实测与理论计算数据的对比，判别该桥的承载能力及使用性能。
2试验内容
静载试验的检测内容包括测量控制截面在试验荷载下的静应变和静挠度，评价其实际承载能力与使用性能。具体测试项目：①两拱脚、拱顶、L/4、3/4共5个控制截面的静挠度；②两拱脚及拱顶共3个控制截面的静应变；③观测加载前后裂缝的开展情况。
3试验荷载工况
考虑该拱桥病害比较严重，本次试验采用沙包加载而不是用汽车加载，且尽可能用最少的加载沙包达到最大的试验荷载效率，并采用横桥向居中对称布载的方式进行加载。静载试验分两阶段进行，共包含10个试验工况，各阶段的试验目的及试验工况参见表1所示，各阶段的满载工况沙包加载的侧、立面图如图2所示。
表1静载试验各阶段的试验目的及试验工况
图2各阶段的满载工况加载的立面和侧面布置图(单位：m)
4测点设置
（1）挠度测点。考虑到该桥桥面较窄且拱脚处常被水淹没的实际情况，全桥共共布置5个挠度测点，分别布置在1＃拱肋的拱脚0.65m(水平距离)、L/4、跨中及3/4共5个截面位置处，且均布置在拱肋下缘，如图3（1）所示，采用精密水准仪测量。通过对这些挠度测点的测量，可获得在试验荷载作用下，沿桥跨纵向挠度的分布变化曲线。
（2）应变测点。应变量测截面检测选择在距拱脚0.50m(水平距离)和拱顶三个截面，分别为A、B、C截面，在每片拱肋底部各布设2个应变测点，即每个测试截面布设10个应变点，共计30个测试应变点。量测内容为各级荷载下的应变及卸载后残余应变，应变测试截面及测点布置如图3（2）所示。
5仿真分析模型的建立
利用MIDAS/CIVIL有限元分析软件建立了该桥空间杆系板壳组合有限元模型，模型包含4974个空间梁单元和10270个壳单元，其中每片拱肋共划分为34个空间梁单元，如图4所示。应用动态规划加载法计算出各片拱肋在设计荷载作用下的内力效应，求得边拱肋拱脚最大轴压力和负弯矩力分别为-49.00kN和-12.58E+04kN.m，中拱肋拱顶受正弯矩最大为7.16kN.m。在试验荷载作用下，1#拱肋加载侧拱脚轴力和弯矩的加载效率分别为91%和94%，3#拱肋拱拱顶弯矩加载效率为83.6%，均能满足桥梁静载试验方法[1~3]的要求。
6试验结果分析
（1）挠度。在两阶段满载工况下实测挠度与理论计算挠度分布曲线的比较参见曲线如图6所示。由图6可知：①实测挠度分布曲线与理论值分布曲线有较大差异，理论分析表明2＃测点应有最大挠度值，实测结果却表明拱顶3＃测点有最大挠度值，2＃测点的实测挠度值与理论值反号。其原因主要是由于拱顶测点处拱肋与拱波之间开裂导致了拱顶的承载能力明显降低所致。②扣除残余应变后，3#测点的的最大弹性挠度实测值均为-0.34mm，而对应的挠度理论值分别为-0.03mm、-0.16mm，校验系数分别为11.72、2.1均不能满足文献〔2〕关于校验系数范围0.60～1.10的要求。
图6两阶段满载工况下实测挠度与理论计算挠度分布曲线的比较
（2）应变。两阶段试验荷载满载工况下，各应变测点实测应变值与理论应变值的比较见表2所示。由表2可知实测应变值与理论应变值有较大的差异，不能满足校验系数的要求，残余应变偏大。其原因主要是东南桥在拱顶范围内所有拱肋与拱波连接部位、个别拱波出现了开裂，各拱肋的横向联系也较弱，导致拱肋的控制截面在受力性质及大小上产生了显著的变化，存在比较明显的内力重分布，拱顶受力增大但不均匀，而拱脚参与受力程度较低，可以认为该桥承载能力明显不足。
表2实测应变值与理论值应变比较
（3）裂缝。在静动载试验前对该拱桥进行了详细的裂缝检查，检查发现该拱桥主要的结构性裂缝有两处：第一处在两边中腹拱拱顶处对称地出现明显的裂缝，最大裂缝宽度达4mm；第二处在拱顶4.4m的范围内，各拱肋于拱波交界处均出现裂缝，共有8条纵横向的裂缝，3＃、4＃拱肋间的拱波亦出现纵向和竖向的裂缝，最大裂缝宽度达0.8mm。在整个试验过程中，原有裂缝也未见明显变化，此外，未发现有肉眼可见的新裂缝产生，说明该桥曾经承受的荷载可能会超过本次试验荷载。
7结论
桥梁静载试验的实测数据与理论计算数据的比较表明，带裂缝的钢筋混凝土双曲拱桥由于自身结构性病害较多，导致了该桥承载能力不足，工作性能较差，大部分检测指标不能满足《试验方法》的要求，以及桥梁设计荷载等级（城-B荷载）的要求，建议严格执行现行的限载措施，并加强日常巡检，在适当时机拆除重建。
[参考文献]
[1]湛润水,胡钊芳.《公路桥梁荷载试验》[M].人民交通出版社
[2]交通部公路科学研究院.大跨径混凝土桥梁的试验方法[R]
[3]交通部第二公路勘测设计院.公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)[S]
