某大橋主梁動靜載試驗布點情況及數據分析

張變瑞

（山西省高速公路管理局，山西 太原 030006）

1 概況

某大橋截面形式為鋼筋混凝土單箱單室箱梁，橋跨布置為3m×5 m×20 m，5孔為1聯，共3聯。箱梁混凝土設計為C40，為普通鋼筋混凝土結構，橋梁上部結構施工采用滿堂支架現澆。

下部結構采用鉆孔灌注樁，除5#、10#橋墩采用雙柱墩外，其他均采用獨柱墩。

橋梁設計荷載為汽超20、掛120。

2 動載試驗和靜載試驗的目的及依據

2.1 試驗目的

試驗目的是：①通過靜載試驗，掌握該橋梁結構的現有工作狀態，判斷橋梁的實際工作狀態是否處于正常受力狀態；②通過動載試驗，掌握橋梁的動力性能（包括頻率、振幅、沖擊系數等）；③根據靜載試驗、動載試驗的結果，對橋梁的承載能力及工作狀況作出綜合評價；④本次靜載試驗、動載試驗的結果可為該橋使用、養護提供依據。

2.2 試驗依據

試驗依據是：①《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2004）；②《公路橋涵設計通用規范》（JTJ D60—2004）；③《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范》（JTJ D62—2004）；④《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041—2000）；⑤《公路工程抗震設計規范》（JTJ 004—89）；⑥《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》（交通部標準，1988年）。

3 上部結構試驗設備及試驗荷載工況

3.1 靜載試驗工況

根據現場實際情況，上部結構靜載試驗擬選擇第2聯第5跨（9#墩～10#墩間）跨中最大正彎矩，根據理論計算結果，在滿足結構效率系數基礎上分別布車，分別測試以上3個工況下跨中測試截面的正應力、跨中撓度。

布車情況及各工況試驗荷載效率系數見“4靜載試驗”。

3.2 動載試驗工況

動載試驗主要進行第2聯8#～9#跨中、9#～10#跨中截面固有頻率、豎向振幅、橫向振幅、沖擊系數測試；

固有頻率、振幅測試采用重車后輪在15 cm高方木上跳車，使車輛分別按20 km/h、30 km/h、40 km/h勻速過橋，測試結構在動載情況下結構動撓度變化，依次得到上部結構沖擊系數。

4 靜載試驗

4.1 測試內容

測試內容是：箱梁測試截面正應力；箱梁測試結構跨中撓度；觀測靜載作用下結構裂縫開展情況、分布及裂縫寬度。

4.2 靜載測試儀器

為適應野外測試需要，確保測試結果準確，靜載應力測試全部采用外置鋼弦傳感器。鋼弦傳感器是一種間接測量儀器，其測試原理是通過測試兩端固定鋼弦的頻率，通過事先標定的鋼弦頻率與其應變的關系值得到混凝土的應變，再根據混凝土彈性模量換算出混凝土應力。

鋼弦式應變傳感器的工作原理是：在微幅振動條件下，鋼弦的自振頻率與鋼弦應力有如下關系

式中：f：鋼弦的自振頻率；

L：鋼弦的自由長度；

σ：鋼弦應力；

ρ：鋼弦的質量密度。

上式可變換為：

σ=k·f2

式中：k：常數。

從上式可發現，鋼弦應力與其自振頻率的平方成正比，常數k可通過標定求得。

實用弦式應變傳感器均經過標定得到應變一頻率關系：

ε=k（f2-f20-A）（με）

式中：k，A：常數；

f0：初始頻率。

4.3 箱梁測試截面及測點布置

見圖 1，圖 2。

圖1 箱梁靜載測試截面布置

圖2 9#～10#間跨中測試截面應力、撓度測點布置

4.4 試驗采用車輛及布置

4.4.1 單個車輛布置

單個車輛軸重分布見圖3。

圖3 單個車輛軸重分布

4.4.2 車輛組布置

跨中試驗車輛組布置見圖4。

圖4 跨中試驗車輛組布置

5 動載試驗

5.1 測試內容

測試內容包括:測試第2聯固有頻率；測試第2聯動撓度、沖擊系數；測試動載作用時橋梁上部結構橫向振幅、豎向振幅、豎向頻率。

5.2 測試截面及測點布置

圖5 動撓度、拾振器平面布置

圖6 跨中截面拾振器、動撓度測點立面布置

6 結束語

鋼筋混凝土單箱單室箱梁廣泛應用于匝道、天橋等結構橋梁。內在技術因素（設計施工、材料質量等）與外在環境因素（交通、荷載、氣候、環境污染、特殊事故等）共同作用的結果，直接反映橋梁的使用性能及安全性，是一系列的動態變量，一般隨使用年限的增加而逐年下降。動載試驗、靜載試驗有效地評估橋梁的承載力，保證橋梁的正常使用。