大型鋼一砼組合連續梁彎橋靜動載試驗分析

1、工程概況

廣東省東莞市境內廣深高速石鼓連接線石鼓立交橋，是連接東莞大道、廣深高速公路的一座大型立交橋，全長4.6公里。其1號主線橋位于石鼓連接線與東莞大道相交處，橋位處設計定線線形為圓曲線，緩和曲線，圓曲線半徑為680米、200米及300米。本橋設計為彎橋，備墩中線均與橋梁中線徑向設置，上部結構為:10#-15#墩為鋼一砼組合連續梁，橋面板混凝土采用C50無收縮混凝土，跨徑為30+42+30+37+30米;其余為預應力砼連續梁。混凝土采用C50混凝土。橋梁跨徑布置為(4*30)+(3*30)+(3*30)+(30+42+30+37+30)+(30+32+32+30)=593米。橋梁設計荷載為城市-A級。

2.1 載位及荷載效率

根據橋梁的結構形式，本次靜載試驗選

取該橋第1聯右幅第1跨(0#橋臺-1#墩)、第2跨(1#墩2#墩)為試驗跨，分別進行兩跨最大正彎矩工況以及1#墩支點截面最大負彎矩工況的靜載試驗，測量結構在靜力荷載作用下各控制截面處測點的撓度與應變。根據該橋設計圖紙，應用結構分析軟件，按照橋梁設計規范要求，計算出在設計荷載作用下試驗截面的最大彎矩，然后按等效彎矩等于設計最大彎矩值進行加載載位布置。(圖2.1為控制斷面示意圖。)

在試驗荷載作用下，各控制截面的設計彎矩、試驗彎矩及荷載效率系數見表表2-1。

2-2 試驗工況

本次靜載試驗共分為3個加載工況，具體如下:

工況1:A截面最大正彎矩偏心加載(該工況分為三級加載，一級卸載);

工況2:C截面最大正彎矩偏心加載(該工況分為三級加載，一級卸載);

工況3:B截面最大負彎矩偏心加載(該工況分為兩級加載，一級卸載)。

2-3 撓度測試結果

2-3-1 測點布置

選取試驗跨跨中和L/4、3L/4及兩端支座位置為撓度測點，共計布設18個撓度測點，測點布置及編號如圖2-2、圖2-3、圖2-4所示。

2-3-2 撓度測試結果

本次撓度測試共測試了試驗跨l/4、1/2和3/4等各截面梁底兩側測的撓度，測試結果表明，中跨正彎矩工況滿載情況和邊跨正彎矩工況滿載情況下，實際測得的撓度值均小于相應的理論計算值，對應的校驗系數均滿足規范要求(即小于O.7或介于0.7-1.05之間)，殘余撓度均較小。加載跨的實測撓度值與橋跨上加載重量基本成線性關系，表明結構在線彈性范圍內工作。

工況1(A截面最大正彎矩)的撓度測量結果見表2-2;

表2-2工況1(A截面最大正彎矩)撓度實測值與理論值

表2-3_工況2(c截面最大正彎矩)撓度實測值與理論值

工況2(c截面最大正彎矩)的撓度測量結果見表2-3;

2-4 應變測試結果

2-4-1 測點布置

在A截面、B截面和C截面三個截面處(截面位置如圖2-1所示)，布置應變測點，測點位置及編號見圖2-4-圖2-6。應變測量采用標距為150mm的振弦式應變計進行測量結構在各級荷載作用下各測點的應變變化及分布情況，測試儀器使用DataTaker-615數據采集儀并通過計算機控制每隔30秒采集應變數據一次并存儲。

2-4-2 應變測試結果

本次撓度測試共測試了試驗跨A、B、c三個控制斷面的應變，測試結果表明，各工況滿載情況下，主要測點應變值基本上都小于相應的理論計算值，對應的校驗系數均滿足規范要求(介于0.7-1.05之間)，殘余應變均較小。加載跨的偏載倒實測應變值與橋跨上加載重量基本成線性關系，表明結構在線彈性范圍內工作。

工況1 (A截面最大正彎矩)的應變測量結果見表2-4，工況2(c截面最大正彎矩)的應變測量結果見表2-5，工況3(B截面最大負彎矩)的應變測量結果見表2-6，

表2-4 工況1(A截面最大正彎矩)A截面應變實測值與理論值(με)

表2-5 工況2(c截面最大正彎矩)c截面應變實測值與理論值(με)

表2-6

工況3(B截面最大負彎矩)B截面應變實測值與理論值(με):

2-5 靜載試驗結果評價

工況1 (A截面最大正彎矩)滿載時，撓度實測最大值(6#測點)為5.22 mm，理論計算值為5.8l innl，相應的校驗系數為0.90，相對殘余變形5.94%;應變實測最大值(A截面5#測點)為87.Oμε，理論計算值為96.8με，相應的校驗系數為0.90，相對殘余應變為5.7%。

工況2 (c截面最大正彎矩)滿載時，撓度實測最大值(14#測點)為6.59 mm，理論計算值為7.95mm，相應的校驗系數為O.83，相對殘余變形3.34%;應變實測最大值(c-截面19#測點)為72.0με，理論計算值為71.0με，相應的校驗系數為1.01，相對殘余應變為5.6%。

工況3 (B截面最大負彎矩)滿載時，應變實測最大值(B截面ll#測點)為一34.0με，理論計算值為57.9με，相應的校驗系數為0.59，相對殘余應變為8.8%。

各工況下滿載時的最大撓度值的校驗系數均介于方法規定的O.7-1.05之間或小于0.7(偏安全)，相對殘余均小于20%，撓度滿足規范要求，各工況下滿載時的最大應變值的校驗系數均介于方法規定的O.7-1.05之間或小于0.7(偏安全)，相對殘余均小于20%，應變滿足規范要求。

3、動載試驗及其結果

3.1 動載試驗的方法與過程

本次動載試驗的具體步驟如下:

在橋面上，使用一輛重量約為350kN的汽車分別以20km/h、30km/h、40km/h的行駛速度進行跑車，使橋梁產生受迫振動，量測橋梁的振幅和振動頻率，(2)在橋面上，使用一輛重量約為350kN的汽車分別以20km/h、30km/h的速度，行駛至跨中位置緊急剎車使橋梁產生受迫振動，量測橋梁的振幅振動頻率，(3)記錄橋梁在環境自然脈動下的振動，通過軟件分析，從而得到橋梁的固有頻率。動態測試的測點布置在試驗跨的跨中位置，如圖3.1所示。

3-2 動載試驗結果及分析

根據動載測試的時域及頻域分析，可得到動載試驗結果，見表3-1。使用有限元分析軟件MIDAS/Civil對該橋進行模態分析計算，得到的第1階豎彎固有頻率為4.08Hz(圖3.2)，試驗實測值為3.91Hz，實測值與理論值接近，滿足設計要求。跑車和剎車的各項動力系數均在正常范圍。

4、結 果

根據本次荷載試驗檢測得到的結果。得到如下結論;(1)在靜力荷載作用下，該橋試驗跨的剛度與強度均滿足設計荷載;即“城-A”級的設計要求;(2)自然脈動試驗所得到的橋梁第一階豎向振動的固有頻率大于理論計算值，橋梁實際剛度大于設計值。自然脈動試驗和跑車和剎車試驗所得到的橋梁豎彎自振特性是一致的，沖擊系數正常;(3)綜合動、靜載試驗結及全橋外觀檢測結果，東莞市環莞快速路(西段)跨廣深高速特大橋各項指標均滿足“城-A”級設計要求.技術狀態良好，綜合評價為A級橋，可以投入營運。

5、結束語:

筆者先后主持或參與了幾十座橋梁的荷載試驗工作，在實踐中積累了一些經驗和體會，現將這一大型鋼一砼組合連續梁彎橋的典型公路橋梁現場荷載試驗的技術資料與同仁們共同交流，以期拋磚引玉，共同進一步促進我國橋梁建設發展。