某山區(qū)橋梁荷載試驗計算分析與研究

摘要：某山區(qū)大橋為3跨連續(xù)剛構(gòu)橋，設(shè)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(jìn)行了試驗。試驗證明：該橋結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：荷載試驗；荷載試驗效率；撓度；應(yīng)變

某山區(qū)大橋位于杭瑞高速遵義至畢節(jié)段，該橋位于某山區(qū)鎮(zhèn)北約3.5 km處，橋梁上部結(jié)構(gòu)為74 m+135 m+74 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)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(shè)計荷載：公路-I級。設(shè)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(xiàn)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(jié)構(gòu)分析專用軟件MIDAS CIVIL 2010對該橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，建立全橋模型，共劃分133個節(jié)點，132個單元，主梁采用梁單元進(jìn)行模擬。其計算模型見圖1。試驗中根據(jù)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(yīng)變測點截面布置圖（單位：m）

經(jīng)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(xì)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(nèi)容與測試方法

（1） 應(yīng)力（應(yīng)變）測試。箱梁應(yīng)力控制截面混凝土表面應(yīng)力（應(yīng)變），采用在混凝土表面粘貼智能振弦式數(shù)碼應(yīng)變計，匹配SZZX-ZH1三智讀數(shù)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2） 撓度測試。箱梁控制斷面的撓度采用高精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。

3 試驗結(jié)構(gòu)分析

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

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

（2） 動載數(shù)據(jù)分析。動荷載試驗是為了測定橋梁結(jié)構(gòu)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(nèi)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(yīng)變和沖擊系數(shù)；汽車荷載作用下的剎車試驗、動應(yīng)變和沖擊系數(shù)。

用MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件對該橋進(jìn)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(jù)動載測試的時域及頻域分析，可得到左幅橋結(jié)構(gòu)基頻試驗實測值為1.4 Hz，右幅橋結(jié)構(gòu)基頻試驗實測值為1.4 Hz。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中第5.9條的相關(guān)規(guī)定，宜根據(jù)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(biāo)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(biāo)度為1。

根據(jù)實測基頻，本橋理論計算左幅沖擊系數(shù)為 =0.0437，右幅沖擊系數(shù)為 =0.044。

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

4 結(jié)論

通過將加載時控制截面中測值較大測點的應(yīng)變、撓度校驗系數(shù)ζ與《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)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(shù)和應(yīng)變校驗系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求，表明全橋結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）規(guī)定，主要控制測點的相對殘余應(yīng)變和相對殘余撓度不大于20%，實測數(shù)據(jù)換算結(jié)果表明實測相對殘余應(yīng)變、相對殘余撓度在《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）規(guī)定的范圍內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)具有良好的線彈性狀態(tài)。

分析表明：橋梁振動響應(yīng)較大，建議加強橋面養(yǎng)護(hù)管理，防止橋面出現(xiàn)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(shù)和應(yīng)變校驗系數(shù)均小于1，結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行維修處理。同時建議在通車運營后有關(guān)管理部門加強對橋梁的養(yǎng)護(hù)管理和定期觀測檢查。

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