某連續剛構橋荷載試驗

許繼明

(中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司,武漢 430080)

某連續剛構橋荷載試驗

許繼明

(中冶南方武漢鋼鐵設計研究院有限公司,武漢 430080)

通過對江西省南昌縣某連續剛構橋進行靜、動力荷載試驗,測試其在最不利荷載作用下對應位置的應變、應力、撓度。采用DH5923動態信號采集分析系統,了解結構體系在試驗荷載作用下的實際工作狀態和受力性能,綜合評價結構的強度、剛度以及整體的工作性能。

荷載試驗; 應力; 應變; 撓度; 強度; 剛度

連續剛構橋作為大跨徑橋梁的主要型式,它施工方便、養護費用低,尤其是高墩時造價明顯降低,越來越受到橋梁設計者的青睞。本文以江西省南昌縣金沙大道南延工程K9+355橋為工程背景,對大跨徑連續剛構橋的靜、動載試驗的試驗內容和過程進行了詳細的闡述,具有一定的工程意義和實用價值。

1 工程概況

江西省南昌縣金沙大道南延工程K9+355橋為跨友誼渠而建,上部結構為三跨15 m+20 m+15 m鋼筋混凝土連續剛構橋,砼強度等級為C30。橋面寬30 m,橫向共分為等寬的2幅橋,每幅橋寬15 m,其主跨支點梁高為1.8 m,跨中梁高為0.7 m,梁底曲線為圓曲線。

下部結構為樁接蓋梁橋臺、薄壁墩,基礎為鉆孔灌注樁,橋臺蓋梁高1.5 m,寬1.7 m,臺下采用單排鉆孔灌注樁基礎,樁徑為1.5 m;薄壁墩厚0.8 m,墩下采用剛筋混凝土承臺,承臺厚度1.5 m,臺下采用單排鉆孔灌注樁基礎,樁徑為1.2 m。所有基樁均要求進入弱風化泥質粉砂巖不小于1 m。

橋梁按照雙幅進行設計,半幅橋面橫斷面布置形式為:1.5 m人行道+2.25 m非機動車道+11.25 m車行道,非機動車道和車行道之間未設置永久性分隔帶。

2 試驗目的及內容

荷載試驗的目的是檢驗橋梁結構的整體受力性能和承載力。主要包括靜載試驗和動載試驗。

靜載試驗主要包括:應力、應變、撓度、裂縫測試,其主要目的是掌握結構現有工作狀況,判斷橋梁的實際工作狀況是否處于正常受力狀態。

動載試驗主要包括振動波形和動應變測量,其目的是通過測量的數據和紀錄的波形,得到橋梁結構的沖擊系數、自振頻率、陣型與阻尼比等動力特性,以檢驗橋梁的承載能力、整體剛度,評定橋梁的整體動力特性。

1)靜載試驗

根據設計標準,利用等效荷載的原則,考慮瀝青混凝土橋面鋪裝層恒載及設計活載疊加作用,計算出試驗等效荷載。理論計算采用現行的有限元分析軟件,為真實模擬車輛行駛狀態及不利情況,加載工況分為對稱布載與偏載工況,偏載工況車位偏向人行道側。

測試內容及儀器

(1)應變測試:采用由弦式數碼應變計、集線箱、JMZX-2006綜合測試儀組成的采集系統,測定混凝土結構的靜應變值;

(2)撓度測試:采用精密水準儀測定結構的靜撓度和支座沉降;

(3)裂縫觀測:采用裂縫測寬儀對跨中截面梁底、墩頂截面進行觀測。

2)動載試驗

動載試驗的具體測試項目有:模態試驗;跳車試驗;跑車試驗。

(1)模態試驗(自振頻率測試)

模態試驗測試橋跨為右幅橋梁每跨1/4點處均布設測點,通過在固定點激勵(中跨1/4處),移動傳感器的方式進行測試,一共26個測點。見圖2。

跳車試驗是在橋面無任何障礙的情況下,用1輛350 k N試驗車在試驗跨越過跳車板以激發橋梁振動,同時測量橋梁結構的振動響應,并通過采用高靈敏度的拾振器和放大器測量結構在激勵下的振動,測量橋梁結構的振動響應,然后進行譜分析,求出結構自振特性。

跑車試驗主要是為了測試沖擊系數。動力荷載作用于結構上,會在結構上產生應變與撓度,相應的可用測試儀器采集控制斷面的動應變或動撓度,動應變(撓度)一般較同樣的靜荷載所產生的相應靜應變(撓度)大。動應變(撓度)與靜應變(撓度)的比值稱為活荷載的沖擊系數。由于應變(撓度)反映了橋跨結構在荷載作用下的受力情況,是衡量結構性能的主要依據,因此活載沖擊系數綜合地反映了動力荷載對橋梁結構的動力作用,它與結構型式,車輛運行速度和橋面的平整度等有關。

3 試驗結果分析

1)靜荷載試驗結果評定

(1)試驗荷載下實測值與理論計算值的比值評定

通過分析試驗結果可以看出:對于剛筋混凝土橋梁,在試驗荷載作用下,試驗橋跨控制截面最大實測撓度和應變的校驗系數均小于1.10,說明試驗跨段主要控制截面的實際強度和剛度滿足設計要求。

(2)實測殘余變形值與實測總變形值的比值評定

從試驗結果可知,實測殘余變形值與實測總變形值的比值均滿足《試驗方法》中第3.19條Sp/Stot≤0.20要求,說明試驗跨段結構的彈性工作性能較好,具有良好的彈性恢復能力。

(3)裂縫情況的評定

從裂縫檢查情況可知,在加載前、加載后,試驗跨段箱梁跨中截面梁底、墩柱頂等主要受力構件未出現肉眼可見裂縫,說明結構處于正常工作狀態。

(4)沿梁高應變分布情況的評定

從試驗結果數據分析可知,試驗跨梁沿梁高應變測點的實測值基本呈線性變化,與理論值相關性較好,符合平截面假定,說明試驗跨段結構處于良好的彈性工作階段。

2)動荷載試驗結果評定

表1 K9+355跨友誼渠橋模態分析結果

表2 K9+355跨友誼渠橋跑車測試結果

表3 K9+355跨友誼渠橋跳車測試結果

根據K9+355跨友誼河橋動荷載試驗實測數據與理論計算分析如下:

1)跑車試驗實測沖擊系數最大為1.25,小于設計規范理論計算值1.30。

2)模態試驗和跳車試驗所得到的橋梁豎向自振特性基本是一致的;實測一階基本頻率6.13 Hz略大于理論模型計算值5.87 Hz,表明該橋的動力性能和整體剛度滿足設計荷載要求。

4 結 論

在試驗荷載作用下,南昌縣金沙大道南延工程K9+355跨友誼河橋試驗跨段結構的應變、撓度校驗系數均小于1.10,實測殘余變形值與實測總變形值的比值滿足《試驗方法》要求,主要受力構件未發現肉眼可見的裂縫,結構處于工作正常狀態,滿足設計荷載下的使用要求。

在試驗荷載作用下,橋梁實測一階基本頻率大于理論模型計算值,實測沖擊系數小于設計規范理論計算值,說明結構處于正常工作狀態,滿足設計荷載下的使用要求。

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Loading Test on the Continuous Rigid-frame Bridges

Xu Ji-ming
(WISCODRI Wugang Engineering Co,Ltd,Wuhan 430080,China)

Through loading test on the continuous rigid-frame bridges in nanchang country,Jiangxi province,the corresponding strain,stress and deflection of the bridge were obtained under the most disadvantageous load.And using the DH5923 dynamic signal collection and analysis system,the actual working state and mechanical performance of the structural system were got under testing load.Finally the strength,stiffness and overall job performance of the structure were evaluated.

loading test; stress; strain; deflection; strength; rigidity

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.06.018

2014-08-20.

許繼明(1965-),工程師.E-mail:xjmwh@126.com