常坑大橋荷載試驗研究與分析

楊興華 張 平

（1.沈陽建筑大學 土木工程學院，遼寧 沈陽110168；2.中國公路工程咨詢集團有限公司 北京中咨正達交通工程科技有限公司，中國 北京100029）

1 工程概況

?？哟髽蚴歉＝ㄆ帜细咚俟返囊蛔笮凸窐?， 橋梁全長為646m。 主橋上部構造為（58＋100＋58）m 三跨預應力混凝土變截面連續剛構，采用分離的上、下行獨立的兩座橋，單幅單箱單室截面，頂寬12m、底寬6.5m，兩側翼緣寬2.75m，箱梁高度跨中為2.5m，支點處箱梁中心梁高6.0m， 由距主墩中心3.0m 處往跨中方向46.0m 段按1.8 次拋物線變化。 箱梁采用三向預應力體系：縱向預應力鋼束采用平、豎彎相結合的方式布置，兩端張拉；橫向預應力鋼束布置于頂板，采用單向張拉；豎向預應力精軋螺紋粗鋼筋以直線形式布置于腹板中，下端預埋，在箱梁頂面單向張拉。

通過荷載試驗，并對試驗記過綜合分析，對施工質量和大橋的安全度做出可靠的評價。 為今后大橋的安全使用、養護等提供可靠的技術資料。

2 靜動力分析

2.1 靜力分析

為準確進行荷載試驗，試驗前先進行理論計算。 采用有限元軟件MIDAS Civil 程序進行了結構靜力計算、 活載效應計算及相應的加載效率的計算，根據橋梁結構形式，共劃分為109 個節點，100 個單元，節點劃分及結構離散示意如圖1 所示。

圖1 結構離散圖

2.2 動力分析

采用有限元軟件MIDAS civil 進行空間結構的建模與分析。 全橋主梁均采用C50 混凝土： 容重為γ=26kN/m3， 彈性模量為Eh=3.5×104Mpa。在進行上部結構的建模時，計入橋面板的影響,分析計算成果如圖2 所示。

圖2 試驗跨二階振型圖（f2=2.3300898Hz）

3 靜動力試驗

3.1 靜載試驗

3.1.1 測試斷面及測點布置

根據該橋的結構受力特性，在以下特征截面布設測點進行荷載試驗，全面了解該橋的受力狀況。

（1）主梁根部斷面的應力和應變測試；

（2）L/4 跨截面的應力、應變及撓度測試；

（3）跨中斷面的應力、應變及撓度測試；

（4）墩頂截面的應力、應變及水平和豎向位移等。

圖3 應變測點布置

3.1.2 試驗荷載的確定

為了保證試驗的有效性， 根據各測試截面的內力與撓度影響線，按最不利位置加載，在保證各主要測試截面試驗荷載效率系數至少達到0.85 以上的條件下， 經過計算確定， 本次靜載試驗用總重量為320kN 的載重車6 輛，具體數據見表1 所示：

表1 試驗用車型號尺寸及重量表

本次試驗的荷載效率如表2 所示。

表2 靜載試驗效率系數

由表2 可見， 各工況荷載的效應均在理論荷載效應的85%以上，符合《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》中的規定，說明本次試驗方案滿足有效性要求。

3.1.3 試驗結果及分析

靜載試驗結果包括試驗工況下各測點應變值和撓度值。

（1）主梁應力測試比較

本次靜載試驗分別對墩頂截面、邊跨0.4L 截面、中跨跨中截面的測點進行了應變測試，各測點的實測應力值可按虎克定律，由實測應變求得，即：σ=E·ε。 全橋主梁均采用C50 混凝土，彈性模量為E=3.5×104MPa。

表3 各截面實測應力對比表

（2）主梁撓度測試比較

各個工況下相應控制截面撓度計算值及相應點處的實測值和校驗系數見表4，表中以上撓為負，下撓為正。

表4 各截面實測撓度對比表

根據規范要求，處于良好彈性工作狀態的預應力混凝土梁橋的應力校驗系數應為0.6～0.9，撓度校驗系數應為0.7～1.0。而實測該橋應力校驗系數平均值為：邊跨0.4L 截面為0.75，墩頂截面截面為0.78，中跨跨中截面為0.76。 撓度校驗系數平均值為：邊跨0.4L 截面為0.80，中跨跨中截面為0.81。應力、撓度校驗系數均小于規范要求，說明該橋橋跨結構在設計荷載作用下,處于彈性工作狀態，其剛度和承載能力能較好的滿足設計要求。

3.2 動載試驗

3.2.1 測試截面及測點布置

根據橋梁結構的特點，為了有效地測得結構的動力性能，將測點布置在一階模態振幅值最大的截面（跨中截面）。在測試截面的上緣安置加速度傳感器，以取得結構動力振動頻率及阻尼比。

3.2.2 試驗工況

以跳車的激振形式，采集動力響應信息。 具體操作過程如下：

在跨中位置設置一塊15cm 高的直三角木，讓一輛滿載重車快速行駛，越過三角木由直角邊落下。 此時橋跨結構的振動是帶有一輛滿載重車附加質量的衰減振動。數據處理時，附加質量的影響予以修正。跳車的動力效應與車速和三角木放置的位置有關。 本次試驗中進行3次并行跳車試驗，即做在跨中位置做3 次跳車試驗。

3.2.3 試驗結果與分析

動載試驗結果包括橋梁的時域信號記錄、自振頻率。 動態試驗結果與分析如下：

該橋實測一階、二階頻率均大于理論計算值，說明該橋結構剛度較大。

該橋的阻尼比較大，為0.035。說明該橋跨結構耗散外部能量輸入的能力強，振動衰減較快。

綜上分析可知，該橋結構剛度較大，耗散外部能量輸入的能力強，振動衰減較快，整體動力性能較好，滿足運營要求。

4 結論

根據大橋靜動載試驗及橋梁結構分析，主要結論如下：

（1）橋跨結構在試驗荷載作用下撓度和應變都正常，結構基本處于彈性工作階段，但橋梁相對殘余應變較大，考慮到橋梁有縱向裂縫的現象，損害了橋梁的整體剛度，因此，建議封閉裂縫，對裂縫進行加固。

（2） 在動載作用下，該橋的自振頻率、阻尼比等特征都正常，說明該橋整體剛度滿足要求，動力性能良好。

（3）通過本次試驗，依實測數據分析，說明試驗孔的施工質量較好，符合設計要求，且具有一定的承載潛力。

［1］YC4-4/1978 大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[S].

［2］胡大琳.橋涵工程試驗檢測技術[M].北京：人民交通出版社,2000.

［3］諶潤水,胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京：人民交通出版社,2003.

［4］陳榕峰,宋丹,高鵬.公路橋梁荷載試驗綜述[J].交通標準化,2006（10）.

［5］馬超,孫韋.評述橋梁荷載試驗的步驟及要點[J].公路交通科技：應用技術版，2013（7）.