談公路橋梁動載試驗在橋梁檢測中的應用

連 鵬 宇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

談公路橋梁動載試驗在橋梁檢測中的應用

連 鵬 宇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

對某高速公路橋梁動載試驗的內容作了介紹，論述了截面測試和測點布置的方法，并對動載試驗在橋梁檢測過程中的應用方法進行了研究，指出橋梁動載試驗在橋梁檢測與評估、橋上荷載識別、疲勞試驗等過程中具有廣闊的應用前景。

橋梁，動載試驗，檢測，沖擊系數

高速公路作為國家走向現代化的橋梁，它的建成和投入使用數量從側面反映了一個國家國力的發展和進步。近年來我國在這條道路上已取得了相當大的成就，而橋梁作為公路的咽喉，在高速公路系統中占有舉足輕重的地位。隨著大批高速公路橋梁的建成，早期修建的橋梁可能已出現部分病害和破損現象，給橋梁結構帶來潛在危害，橋梁后期檢測和加固也日益得到關注和重視。本文主要結合山東省某高速公路橋梁檢測過程中的動載試驗，簡述動載試驗在橋梁檢測過程中的應用方法。

1 工程概況

某大橋為山東省高速公路網中某四跨40 m預應力混凝土連續T梁橋，施工方式采用先簡支后連續結構，共由五片T梁組成，梁高為2.5 m，梁間距2.4 m，設計荷載等級為公路Ⅰ級荷載，單幅兩車道，設計行車速度為80 km/h?；炷林髁?、橫隔梁、濕接縫、墩頂現澆段、橋面均采用C50混凝土，防水層采用10 cm厚的瀝青混凝土；橋墩臺基礎均采用C30混凝土，0號、4號橋臺采用GJZF4 400×450×86型四氟滑板式橡膠支座，并分別設置一道80型異型鋼單縫式伸縮裝置，1號～3號橋墩與梁固結，形成連續剛構體系。橋梁立面布置圖見圖1。

2 動載試驗

2.1 動載試驗測試內容

試驗項目包括：

1)脈動試驗：在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規則振

源情況下，通過高靈敏度動力測試系統測定風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起橋跨結構的微小振動響應，測得結構的自振頻率和阻尼比等動力學特征。采用東華DH5922動態測試系統配合伺服式拾振器采集橋面振動信號。

2)跑車試驗：采用1輛360 kN重車分別以10 km/h，20 km/h，30 km/h，40 km/h，50 km/h車速沿橋中心線勻速行駛過橋梁，測量各跨梁體的豎向動力響應和跨中動態增量。

3)跳車試驗：用1輛360 kN重車進行跳車試驗，在跨中截面車輛后軸位置布置三角墊塊(長50 cm，高10 cm)，通過跳車試驗測試橋梁結構在沖擊荷載作用下的振動響應。

4)剎車試驗：用1輛360 kN重車，以20 km/h的車速沿橋中心線勻速行駛，在試驗截面位置緊急剎車至停止，激發橋梁的水平振動，測試橋梁的振動響應。

2.2 測試截面和測點布置

先利用結構分析有限元通用程序對橋梁進行動力分析，得出橋梁的理論主要振型和自振頻率，將測點布置在試驗橋跨振幅較大的位置，加速度傳感器布置在試驗橋跨的跨中防撞欄內邊緣，且距內邊緣約100 mm的位置。分析主梁在載重車輛勻速通過時的振動響應，識別橋梁整體振動的動力特性參數，包括自振頻率和阻尼比等。測點布置圖如圖2所示。

2.3 動載試驗結果及分析

2.3.1 振動特性試驗結果

通過對脈動測試信號進行分析，得到大橋前2階頻率及阻尼比如表1所示。動力特性分析采用MIDAS/CIVIL軟件，橋面鋪裝作為附加質量分配到各節點上，不考慮其對結構剛度的影響。

表1 前2階振動頻率匯總表

由表1可見，該大橋前2階振型振動頻率的實測值均大于理論計算值，根據JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程中第5.9條的相關規定，結構動剛度滿足設計要求。

2.3.2 跑車試驗結果

通過測試橋跨在測試車輛行車過程中的各跨跨中動撓度來推算橋跨的實際沖擊系數值。跑車中所測得的各跨沖擊系數見表2，沖擊系數隨車速變化關系曲線圖如圖3所示。

表2 跨中截面跑車試驗時沖擊系數實測值

沖擊系數是反映橋梁在運營階段工作狀況的一個重要指標，它與橋梁的線形、橋面的平整程度、行駛車輛的動力性能都存在直接關系。從表2，圖3中可看出：本次實測車速為20 km/h時,第二跨沖擊系數最大為1.160；沖擊系數整體呈現隨車速增加而增大的趨勢。

本次實測的沖擊系數1+μ在1.036～1.160之間，數值較小，行車狀態下對橋梁結構的沖擊效應在設計允許范圍內。

2.3.3 跳車試驗結果

用1輛360 kN重車進行跳車試驗，在跨中截面車輛后軸位置布置三角墊塊(長50 cm，高10 cm)，車輛跳下墊塊后馬上剎車熄火，測得的動撓度結果如表3所示。

表3 跳車試驗測試結果 mm

2.3.4 剎車試驗結果

采用1臺36 t的加載車以20 km/h的速度分別行駛至1號墩、2號墩立即剎車至停止，測得的水平向位移結果如表4所示。

表4 1，2號墩剎車試驗測試結果 mm

2.3.5 動載試驗結果分析

根據該大橋動荷載試驗實測頻率、阻尼比、沖擊系數，結合結構動力響應以及理論分析，可以得到以下結論：

1)試驗跨橋梁結構的豎向頻率的實測值與計算值有較好的吻合性，一階、二階頻率的實測結果大于理論計算值，結構的動剛度滿足設計要求。

2)脈動試驗得出試驗跨橋梁結構的一、二階振型與理論分析振型吻合。

3)脈動試驗中，試驗跨橋梁結構一階頻率的阻尼比為4.75%，二階頻率的阻尼比為3.71%；阻尼比均大于2%，說明結構耗散外部能量輸入的能力較強。

4)強迫振動試驗基本上模擬了橋梁運營階段的工作狀態，各個車速下沖擊系數較小，處于1.036～1.160之間，沖擊效應在設計允許范圍內。

5)在跑車、跳車及剎車荷載作用下，結構各部位反應平穩，無異?，F象發生，實橋結構的動力性能良好。

3 結語

橋梁動載試驗由于其操作所需時間短、成本低、方法便捷，近年來已在橋梁檢測與評估、橋上荷載識別、疲勞試驗等過程中得到廣泛應用。雖然目前動載試驗在實用過程中依舊存在一定的局限，但隨著我國公路橋梁檢測制度的完善，其前景必然會受到廣泛重視。

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Discussion on the application of highway bridge dynamic load test in bridge testing

Lian Pengyu

(RailwayThirdSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Tianjin300142,China)

This paper introduced the contents of a highway bridge dynamic load test, discussed the section testing and measurement point layout method, and researched the application method of dynamic load test in bridge detection process, pointed out that the bridge dynamic load test had wide application prospects in bridge detection and evaluation, bridge load identification, fatigue test and other process.

bridge, dynamic load test, testing, impact coefficient

1009-6825(2015)02-0174-02

2014-11-04

連鵬宇(1987- )，男，助理工程師

U441.2

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