張家口市清水河工業南橋荷載試驗分析

劉 劍

（河北省交通規劃設計院試驗檢測室，河北 石家莊050091）

1 工程概述

張家口市清水河工業南橋位于張家口市清水河環境治理三期工程新河道樁號9+800處，由兩側引橋及主跨徑111m 的主橋構成，橋梁全長147m。主橋為鋼結構下承式系桿拱，拱肋外翻約18.4°。主橋雙向4 車道，雙側非機動車道及雙側人行道；全橋寬39.5～51m，橋梁面積為4 869m2。橋位與規劃河道中線交角為93.1°。橋跨示意圖如圖1所示。

圖1 張家口市清水河工業南橋跨示意圖（單位：m）

該橋目前整體情況較好，在該次檢查評定中屬于合格級橋梁。主要問題有：

（1）承重構件病害：引橋梁底泛白伴裂縫，個別錨頭保護套局部脫落；

（2）其他構件病害：橋面有混凝土堆積物，伸縮縫止水帶破損。

2 承載能力驗算及試驗方案

在荷載試驗實施之前首先對結構進行計算分析，具體采用目前國內比較成熟的橋梁結構計算軟件——MidasCivil 2010，計算模型如圖2所示。

本次靜載試驗采用6 輛重約33t 的加載車進行加載，加載車各軸實際重量見表1。

表1 靜載試驗加載車軸重表（單位：kN）

試驗彎矩和效率系數見表2。

表2 試驗彎矩和效率系數表

3 靜載試驗

3.1 試驗目的

（1）通過荷載試驗，確定試驗結構控制截面的應變分布情況，利用截面應變分布、應變與荷載效率的關系、實測值與理論計算值的對比等參數來評估橋梁的承載能力；

（2）通過分析試驗荷載下的橋梁變形情況，評估結構的剛度及承載能力。

3.2 試驗工況及測點布置

（1）根據測試內容，荷載試驗共分為以下6種荷載工況。

工況1：主拱肋1/2 截面最大正彎矩工況，橫橋向對稱布載。

工況2：主拱肋1/2 截面最大正彎矩工況，橫橋向偏心布載。

工況3：主拱肋1/2 截面最大負彎矩工況，橫橋向對稱布載。

工況4：主拱肋1/4 截面最大正彎矩工況，橫橋向對稱布載。

工況5：主拱肋1/4 截面最大正彎矩工況，橫橋向偏心布載。

工況6：主拱肋1/4 截面最大負彎矩工況，橫橋向對稱布載。

（2）位移測試主要對橋梁線形及拱肋位移進行量測。在橋梁行車道兩側邊緣設置有橋梁線形測點，每側各有9個測點，將全橋8等份，兩側共設有橋梁線形測點18個；在橋梁南、北拱肋1/2截面、1/4截面、3/4截面及兩拱腳截面各設置拱肋位移測點1個，對各工況下拱肋順橋向、橫橋向及豎向位移進行量測。

（3）本橋應力（應變）測試截面共選擇2 個，為主拱肋1/2 截面（A 截面） 與1/4 截面（B 截面）。本橋南、北拱肋1/2 截面、1/4 截面、拱腳截面在上下緣各布設應變測點1個，南、北兩拱肋共布設應變測點12 個；跨中截面由北向南在第1#、3#、4#、6#縱梁底各布設應變測點1個；跨中截面南、北系桿底各布設應變測點1個；6#橫梁底布設應變測點3個；3#橫梁布設應變測點3個；全橋共布設應變測點24個。

3.3 靜載試驗結果分析

經過對采集的應變和撓度數據進行分析，上述6 個工況的各個截面的校驗系數均小于1，滿足技術規范要求，但部分截面的效驗系數高達0.96，說明該橋的安全儲備較小。

在試驗過程中，同時對試驗橋梁梁體其他位置進行裂縫觀測，在各級加載工況下，各測點應變無畸變及退化現象，說明測點位置截面未開裂，未發現有裂縫出現。

4 動載試驗

動載試驗用于了解橋梁自身的動力特性，抵抗受迫振動和突發荷載的能力。其主要項目應包括：測定橋梁結構的自振特性，如結構或構件的自振頻率、振型和阻尼比的脈動試驗；檢驗橋梁結構在動力荷載作用下的受迫振動特性，如橋梁結構動位移、動應力、沖擊系數等的跑車或跳車試驗。

自振頻率（特別是基頻）是綜合分析和評價橋梁結構剛度的重要指標。本橋的自振頻率采用脈動法進行測試，實測一階頻率為0.95Hz，結構動力分析計算結果一階頻率為0.93Hz。實測值大于計算值，說明結構剛度在正常范圍內。實測振動時 域圖、自功率譜圖如圖3和圖4所示。

圖3 橋梁結構實測振動時域圖

圖4 橋梁結構實測自功率譜重疊圖

5 結語

該橋在城市—A級的設計荷載作用下，各個截面的應變、撓度測點校驗系數均滿足規范要求，但部分位置的結果接近上限，說明該橋的安全儲備不夠充足。因此，建議建立全橋水準永久觀測點，包括橋面線形觀測點、拱肋線形觀測點。定期進行橋梁線形觀測、橋梁養管單位應加強橋梁日常管理與巡查，一旦發現橋梁出現異常，應立即采取封閉交通等相應的安全措施。

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