某水電站進場公路橋梁成橋荷載試驗研究

胡 勇 譚冬蓮

在通車之前對橋梁進行荷載試驗,其目的在于檢測橋跨結構的實際工作狀態與橋跨結構按設計荷載作用下的工作性能是否吻合[1-6]。本文以某水電站進場公路橋梁的荷載試驗為背景,針對大噸位荷載試驗的特點,對荷載試驗相關的結構計算、靜載試驗、動載試驗數據進行分析。

1 工程概況試驗

某大橋連接水電站進場公路左右岸,是一座懸鏈線空腹無鉸鋼筋混凝土箱形拱橋,橋梁凈跨徑為120 m,橋梁凈矢高為20 m;橋面寬度:1.5 m(防撞護欄)+10 m(行車道)+1.5 m(防撞護欄)。車道數為雙向二車道;設計荷載為汽車—63 t。

2 仿真分析

2.1 有限元模型的建立

采用橋梁結構分析軟件MIDAS/civil計算,橋跨結構采用梁單元,全橋分為1492個節點,2408個單元,模型的材料參數按設計圖紙取用。全橋結構離散圖和結構有限元模型如圖1所示。

2.2 荷載效率系數計算

采用上述計算模型對結構進行了分析計算,按照該橋設計荷載,可計算出設計標準荷載下的內力及試驗荷載下的內力,得到本次荷載試驗的荷載效率系數如表1所示。

由表1可知,該橋所有構件控制截面試驗荷載效率系數均處于0.8～1.05,符合標準要求。

3 靜載試驗

表1 靜載試驗計劃加載工況及荷載效率系數

3.1 控制截面及測點布置

1)拱圈應變測點的布設。在控制截面處粘貼電阻應變片,采用CM-2B-64型靜態應變測量分析系統測量。應變測試斷面見圖2,全橋設置G1—G1,G2—G2,G3—G3,G4—G4,G5—G5共五個應變測試斷面。即為拱腳斷面、L/4斷面、拱頂、3L/4斷面。測點布置在拱底板(見圖2)。2)拱圈撓度測點的布設。撓度采用精密水準儀測試,撓度測試斷面布設在F1—F1,F2—F2,G3—G3,F4—F4,F5—F5斷面,測試斷面布置及撓度測點布置見圖 3。

3.2 加載工況及試驗荷載

全橋共進行了6個工況的測試,工況Ⅰ:G3—G3斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅱ:G3—G3斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車;工況Ⅲ:G4—G4斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅳ:G4—G4斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車;工況Ⅴ:G5—G5斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅵ:G5—G5斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車。

根據分析結果最終確定,將汽車—63 t列為橋梁靜載試驗的控制荷載,試驗時采用四軸載重汽車(總重50 t)進行等效布載,荷載效率均在0.9左右。為了保證試驗的有效性,試驗前對每輛車都嚴格過磅,記錄下各輛車的實際軸重、總重、輪間距和軸間距。

4 靜載測試結果及分析

4.1 應力測試結果及分析

圖4給出了拱頂截面應力工況Ⅰ的實測值與理論值比較結果。由測試數據與計算數據的對比可以看出,測試應力與計算應力變化趨勢相當吻合,校驗系數均小于1,亦即實測值要比計算值稍小,表明結構剛度滿足設計要求并有一定的承載潛力。

4.2 撓度測試結果及分析

表2 主橋中載工況撓度實測值與計算值對照表 mm

5 動載試驗及其結果分析

靜載試驗完成后,進行動載試驗。用一輛加載車以5 km/h的速度行駛測定橋跨結構的動力反應。由時程圖的自譜分析結果可以看到,結構在車速為5 km/h脈動作用下的一階頻率為2.34375 Hz。

6 結語

1)各工況的實測值與理論計算值吻合良好,表明結構仿真分析模型能很好地反映結構的實際狀態。2)該橋靜載試驗共進行了6個工況的加載試驗,荷載效率系數為0.89～0.93,屬于基本荷載試驗,其試驗結果能充分反映橋梁的實際工作狀況。綜合分析成橋狀態和試驗荷載作用下的結構響應,橋梁結構在設計規定的荷載水平作用下各主要受力構件始終處于安全狀態,并且結構變形控制在容許范圍內,可以滿足實際使用要求。3)結構應變和變形的實測值與計算值變化趨勢吻合良好,校驗系數均小于1,亦即計算理論值大于實測值,表明結構強度和剛度達到設計要求,并有一定的承載潛力。4)試驗荷載(相當于汽車—63 t)作用下,結構的應力和變形都較小,且沒有殘余應力和殘余變形。5)由動載試驗可知,大橋實測基頻約為2.34 Hz,剛度滿足要求。

[1]YC 4-1982,大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

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