某山區橋梁荷載試驗計算分析與研究

摘要：某山區大橋為3跨連續剛構橋，設計荷載等級為公路-Ⅰ級。本文通過計算分析確定該橋的荷載試驗方案并進行了試驗。試驗證明：該橋結構剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設計荷載標準要求。

關鍵詞：荷載試驗；荷載試驗效率；撓度；應變

某山區大橋位于杭瑞高速遵義至畢節段，該橋位于某山區鎮北約3.5 km處，橋梁上部結構為74 m+135 m+74 m預應力混凝土連續剛構橋，全長300.16 m，起點樁號K1751+770.84，終點樁號K1752+071。全橋平面除0號臺及其到第一邊跨16.8 m的范圍位于緩和曲線段外，其余部分均位于直線段；全橋位于縱坡為1.9%的直線上。設計荷載：公路-I級。設計時速：80 km/h。行車道寬度：2×凈-11 m。本次荷載試驗主要有試驗方案擬定、現場試驗、試驗報告編輯3個步驟。

1 試驗方案

本次計算采用結構分析專用軟件MIDAS CIVIL 2010對該橋進行結構分析，建立全橋模型，共劃分133個節點，132個單元，主梁采用梁單元進行模擬。其計算模型見圖1。試驗中根據試驗項目的不同要求，試驗車輛橫橋向布置分為中載布置及偏載布置。

圖 2 靜載試驗應變測點截面布置圖（單位：m）

經計算，荷載試驗方案確定由兩車道公路-I級荷載控制，由此計算得到荷載效率見表1，詳細載位布置見圖3～圖4（偏載載位未示），試驗加載時各工況均采用三級加載。

2 測試內容與測試方法

（1） 應力（應變）測試。箱梁應力控制截面混凝土表面應力（應變），采用在混凝土表面粘貼智能振弦式數碼應變計，匹配SZZX-ZH1三智讀數儀進行數據采集。

（2） 撓度測試。箱梁控制斷面的撓度采用高精密水準儀進行測量。

3 試驗結構分析

（1） 撓度、應變數據分析。該橋在各加載工況下，從實測數據來看，各截面的撓度校驗系數均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求，其中右幅橋工況Ⅲ（中載）撓度數據及右幅工況Ⅲ撓度曲線見表2、圖5所示（其他工況撓度數據未示）。

從實測結果來看，各加載工況主梁截面應變校驗系數均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求。

（2） 動載數據分析。動荷載試驗是為了測定橋梁結構的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性，通過動載試驗評定該橋的行車性能以及行車安全和舒適度，本次主要測試內容有：橋梁的動力性能：基頻；汽車荷載作用下的無障礙行車試驗、動應變和沖擊系數；汽車荷載作用下的剎車試驗、動應變和沖擊系數。

用MIDAS結構分析軟件對該橋進行特征值分析計算，得到第一階豎彎固有頻率為1.12 Hz。根據動載測試的時域及頻域分析，可得到左幅橋結構基頻試驗實測值為1.4 Hz，右幅橋結構基頻試驗實測值為1.4 Hz。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）中第5.9條的相關規定，宜根據實測自振頻率 與理論自振頻率 的比值來確定自振頻率評定標度，該橋左右幅實測自振頻率 與理論自振頻率 的比值均為1.25，因此確定自振頻率評定標度為1。

根據實測基頻，本橋理論計算左幅沖擊系數為 =0.0437，右幅沖擊系數為 =0.044。

由動載試驗結果可知，左幅橋無障礙行車試驗最大動力系數為1.198，對應的動態應變增量系數為0.198；剎車試驗動力系數為1.045，對應的動態應變增量系數為0.045；右幅橋無障礙行車試驗最大動力系數為1.097，對應的動態應變增量系數為0.097；剎車試驗動力系數為1.073，對應的動態應變增量系數為0.073，分析動載試驗曲線和動態增量系數表明橋梁左右幅振動響應均大于計算得出的規范允許值（0.044），分析表明：橋梁振動響應較大，建議加強橋面養護管理，防止橋面出現較大的孔洞，對行車安全和舒適性不利。

4 結論

通過將加載時控制截面中測值較大測點的應變、撓度校驗系數ζ與《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求做對比。滿載時各工況下各截面的撓度測點校驗系數和應變校驗系數均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求，表明全橋結構剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設計荷載標準要求。

《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）規定，主要控制測點的相對殘余應變和相對殘余撓度不大于20%，實測數據換算結果表明實測相對殘余應變、相對殘余撓度在《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG /TJ21-2011）規定的范圍內，說明結構具有良好的線彈性狀態。

分析表明：橋梁振動響應較大，建議加強橋面養護管理，防止橋面出現較大的孔洞，對行車安全和舒適性不利。

綜上所述，該大橋在試驗荷載作用下各截面的撓度校驗系數和應變校驗系數均小于1，結構剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設計荷載標準要求。該橋能交付正常使用，建議在通車運營前對上述局部缺陷進行維修處理。同時建議在通車運營后有關管理部門加強對橋梁的養護管理和定期觀測檢查。

參考文獻：

[1] JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2] JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3] JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社，2004.