公路橋梁動靜載試驗研究

李玉春

(懷化沅江電力開發有限責任公司,湖南懷化　418106)

公路橋梁動靜載試驗研究

李玉春

(懷化沅江電力開發有限責任公司,湖南懷化418106)

橋梁動、靜載試驗是確保橋梁在運營階段安全可靠的基本判斷方法,通過對新建或舊有橋梁進行動、靜載試驗,理論與試驗結果進行對比分析,可有效判斷橋梁的承載能力及施工質量情況[1-2]。本研究以湖南懷化朗江至漠濱公路橋梁中一座4×20m,“T”型簡支梁橋為背景,對其安全性和長期使用性能進行評估,為該類橋梁安全檢測提供參考。

橋梁動載試驗靜載試驗承載能力

1　背景

湖南省托口水電站會同庫區朗江至漠濱公路等級為四級，設計速度為20km/h，路基寬6.5m，路面寬6.0m，路面采用瀝青混凝土路面，路線復建里程19.49km，其中，大中橋梁813.48/10座。項目實施過程中，會同縣人民政府擬與五凌公司一起將該公路橋梁按省道干線三級公路橋梁標準(設計速度為30km/h，路基寬7.5m，路面寬6.5m)實施。

圖2.1　試驗跨“T”梁計算模型

圖2.2　試驗跨簡支梁活載彎矩效應圖(kN·m)

圖2.3　T梁應變測點布置(單位:cm)

圖2.4　位移測點布置圖一

2　試驗跨的選擇

試驗跨的選擇將結合結構計算、橋梁檢查工作進行。在建設單位和監理單位的指導下，根據設計圖紙，經過現場考察并與施工單位協商后進行確定，選擇施工中存在一定問題的橋跨、結構受力最不利、相對結構技術狀況較差、便于搭設支架和設置測點以及加荷方便的橋跨。對于跨數較多的橋梁適當增加試驗跨。還將對橋址情況進行調查，包括橋上與兩端線路技術狀況，橋下凈空、水深、通航、橋址供電等，依此選擇合適的加載方式、量測手段、安全措施。

3　靜載試驗

在已有技術資料的基礎上，模擬試驗狀態對橋梁進行理論計算分析，由橋梁結構靜力分析確定靜力荷載試驗內力控制截面、試驗荷載、加載工況、加載位置、測點布置等。通過理論計算使試驗人員對試驗結果有初步估計。理論計算力求與實際情況吻合，并能反應橋梁結構在荷載作用下的使用性能與工作狀態。

本次試驗采用橋梁專用分能反應橋梁結構在荷載作用下的使用性能與工作狀析計算軟件 M idas/Civil 對其進行試驗荷載的靜力理論計算。

3.1有限元建模

采用M idas/civil建立單梁有限元模型，其中試驗跨簡支T梁共劃分20個單元，21個結點。結構計算簡圖如圖2.1所示。

3.2有限元分析結果

圖2.5　第一級加載示意圖(尺寸單位:cm)

圖2.6　第二級加載示意圖(尺寸單位:cm)

圖2.7　第三級加載示意圖(尺寸單位:cm)

圖2.8　應變測試結果比較圖

圖3.1　試驗跨T梁一階自振模態

圖2.9　撓度測試結果比較圖

圖3.2　4×20m簡支T梁剎車試驗頻域分析圖

根據設計資料，按照公路-II級荷載標準，根據橋梁的固有頻率計算沖擊系數，試驗跨簡支梁的活載效應。如圖2.2所示。

3.3測點布置

3.3.1應變測點

應變測點布置如圖2.3所示，采用振弦式應變計和配套的測試儀進行應變檢測。

3.3.2撓度測點

橋梁撓度測量時，橋臺處設置一臺精密數字式水準儀，測尺布置在試驗跨的1L/4、1L/2、3L/4位置以及相鄰跨的1L/2處。撓度測點布置如圖2.4所示。

3.4加載

3.4.1加載效率

跟據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的規定，靜載試驗荷載一方面應保證結構的安全性，另一方面又應能充分暴露結構承載能力，一般靜載試驗效率系數:

3.4.2加載工況

經計算分析表明:本次試驗加載采用4臺重約240kN的加載車。加載車分3級加載，其中一級加載2臺車，二級加載3臺車，三級加載4臺車(分別如圖2.5～2.7所示)。

3.5測試規則

3.5.1靜力加載持續時間

加、卸載的持續時間取決于結構最大變位測點達到穩定標準所需要的時間，實際觀測時，一般是取15分鐘。

3.5.2終止加載的控制條件

①控制測點變位(或撓度)超過規范允許值時;

②由于加載使結構裂縫長度、寬度急劇增加，新裂縫大量出現，寬度超出允許值的裂縫大量增多，對結構使用壽命造成較大的影響時;

③發生其它破壞，如超過規范允許值等影響橋梁承載能力或正常使用時。

為了確保安全，在第4級加載后，精密水準儀就對最大變位點、應變儀對應變最大點。

3.6試驗結果

相應的應變和撓度測試結果與計算結果比較圖分別如圖2.8與2.9所示。

3.7靜載試驗小結

(1)結構應變及撓度測量結果與理論值吻合較好，試驗跨簡支T梁的應變校驗系數最大值為0.823，撓度校驗系數最大值為0.821，均小于1，滿足規范要求，表明結構承載力滿足設計荷載要求。

(2)試驗跨殘余應變與加載應變之比最大值為0.083，殘余撓度與加載撓度之比最大值為0.125，均小于0.2，說明結構的回彈性能較好。

(3)試驗跨在靜載試驗下的跨中最大豎向撓度為5.2mm。考慮長期下撓的影響，根據規范計算可得:，小于L/ 600=33.3mm，結構剛度滿足規范要求[3-6]。

4　動載試驗

4.1測試項目及方法

具體試驗項目為跑車試驗、剎車試驗、跳車試驗、脈動試驗四項。

4.1.1跑車試驗

動力荷載作用于結構上產生的動應變，一般較同樣的靜荷載所產生的相應靜應變大。動應變與靜應變的比值稱為活荷載的沖擊系數。活載沖擊系數綜合反映了動力荷載對梁體結構的動力作用，它與結構形式，車輛運行速度等因素有關。

4.1.2剎車試驗與跳車試驗

剎車試驗是在橋面無任何障礙的情況下，用2輛試驗車以20km/h的車速駛至主跨跨中附近進行緊急剎車試驗;跳車試驗是用1輛試驗車進行跳車試驗。激發橋梁水平振動和垂直振動后，采用高靈敏度的拾振器拾取橋梁的振動信號，并經放大器和分析系統得到橋梁的振動響應。最后，通過譜分析求出結構動力特性。

4.1.3脈動試驗

脈動試驗是指在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規則振源的情況下，測定結構由于橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起的結構微小振動響應。脈動試驗只需在周圍環境比較安靜的條件下進行測試，測點布置、測試方法與跳車試驗相同。

4.2理論計算

本橋運用M IDAS/Civil程序進行自振頻率與振型的分析，計算模型見圖2.2所示，得到試驗跨T梁一階自振模態圖，其理論頻率為4.7Hz，如圖3.1所示。

4.3主要測試結果與分析

根據現場的具體情況本次試驗采用剎車試驗進行動載測試，主要測試結果包括兩個方面:(1)橋梁結構的自振特性:頻率、阻尼比等;(2)橋梁結構的動應變時程響應。

試驗跨剎車試驗加速度時程響應及頻域分析圖如圖3.2所示。

4.4動載試驗結果小結

動載試驗結果表明:試驗跨剎車試驗測試結果比較理想，自由衰減振動信號波形較完好，第1階豎向彎曲振動頻率可被準確識別。試驗結果表明，試驗跨測試頻率均比計算頻率大，表明各測試跨在整體剛度上是滿足要求的。

[1]吳建奇,鄭曉,張婷婷.公路橋梁工程的動載試驗研究[J].鐵道建筑,2011(3):26-28.

[2]廖海峰,黃德義.混凝土橋梁的檢測技術及其新發展述論[J].武漢交通管理干部學院學報,2000(4):26-28.

[3]JTG/T J21-2011.公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

[4]JTJ F80/1-2004.公路工程質量檢驗評定標準[S].

[5]JTG D60-2004.公路橋涵設計通用規范[S].

[6]JTG D62-2004.公路鋼筋混凝土及混凝土橋涵設計規范[S].

The dynam ic and static load test of road bridge is the basic judgment method to ensure the safe and reliable of bridge in the operation stage. By doing the dynam ic and static load test to the new or the old bridges,contrasting analysis theoretical and test results,we can judge the bearing capacity and construction quality of bridge effectively.In this research,which is based on one 4×20m、T-beam bridge detection test which is from Hunan Huaihua Langjiang to Mobin,to evaluate its safety and ong term performance,provide reference for such a bridge safety test.

bridge;dynam ic load test;static load test;bearing capacity