北江大橋主橋靜動載試驗分析

劉樂平

廣東華路交通科技有限公司

北江大橋主橋靜動載試驗分析

劉樂平

廣東華路交通科技有限公司

0 引言

隨著我國交通事業的飛速發展，公路橋梁的建設步伐也在加速，保證新建橋梁的工程質量，合理評價橋梁的使用性能尤為重要，而評價橋梁的承載能力、使用性能最有效、最直接的辦法就是橋梁荷載試驗，而且也能對新建橋梁進行竣工驗收[4]。本文通過對北江特大橋主橋的靜載試驗和動載試驗，對相關的試驗測試結果進行對比分析，以評價橋梁的承載能力和工作性能，為竣工驗收提供依據。

1 橋梁概述

北江大橋為珠江三角洲環線高速公路黃崗至花山段上的一座特大橋，橋長4182.56m，主跨采用(125+210+125)m連續剛構橋。該橋半幅橋寬18.5m，采用單箱單室箱型斷面，210m主孔共分29個施工節段。主墩為雙薄壁墩，過渡墩為矩形薄壁墩。荷載等級為公路-Ⅰ級

2 靜載試驗

2.1 試驗工況

本次靜載試驗主要對結構主控截面在靜力作用下的撓度、應變進行測試。試驗采用等效荷載進行，選擇了3個最不利受力截面進行。結合該橋的實際情況，試驗采用8～16輛重約為300kN的車輛進行偏載加載，每個工況分四級進行加載，一級卸載。工況布置圖見圖1，各工況加載效率系數見表1。

2.2 測點布置

主梁撓度測點布設在橋面，縱橋向在中孔按八分點布設觀測點，邊孔按橋墩至試驗斷面距離對稱布設，橫橋向在內、外側對應腹板的橋面處各布設1個測點，共36個撓度觀測點。應變測點布置于每個截面布置12個應變測點，分別布置于箱內頂板上緣、腹板兩側面及箱外底板下緣。

2.3 撓度測試結果分析

圖1 試驗工況布置圖(單位：cm)

表1 各試驗工況加載效率系數

表2為各試驗工況滿載作用下的撓度對比分析，從表2可知，各工況滿載作用下的實測撓度值均比理論計算值小，由于本次試驗采用橫向偏載的方式加載，荷載偏向橋跨的內側，實測內側撓度變形量大于外側撓度變形量，與結構實際狀況符合。卸載后相對殘余變位較小，說明結構處于彈性工作狀態。（見圖2、圖3）

2.4 應變測試結果分析

表3為各試驗工況滿載作用下的應變對比分析，測試結果表明，各工況滿載作用下的實測應變值均小于理論計算值。卸載后相對殘余變位在1.3%～5.7%，相對殘余變位較小，說明結構處于彈性工作狀態。

表2 各試驗工況撓度分析表(單位mm)

表3 各試驗工況應變分析表(單位με)

3 動載試驗

3.1 試驗內容與目的

脈動試驗：采用加速度傳感器941b拾取橋梁在環境激勵下的脈動信號，并通過DASP數據分析系統得到橋梁的固有頻率、振型，從而實現對北江特大橋210m連續剛構橋主橋抗彎剛度的評定相應的脈動試驗測試系統框圖見圖4。

無障礙行車試驗：在52#孔跨中內側部位布設激光撓度儀，在橋面無任何障礙的情況下，采用2臺約400kN載重汽車并排以約10km/h至50km/h的速度行駛通過主橋，以測試結構在行車載荷作用下的動力反應。

有障礙行車試驗：在210#孔跨中橋面上設置高度為7cm的減速帶作為障礙物，采用2臺約400kN載重汽車并排以約10km/h至40km/h的速度行駛通過主橋，以測試結構在橋面不良狀態時運行車輛荷載作用下的動力反應。

2.2 脈動試驗分析

采用由頻響函數峰值法演化得到的互功率譜法進行識別脈動振型和固有頻率，初步確定結構豎向一階頻率為0.9375Hz，而實測的豎向一階振型和理論豎向一階振型吻合的較好，由此確定實測結構豎向一階頻率為0.9375Hz，典型測點自譜曲線和互譜曲線見圖5和圖6。

圖2 52#孔跨中截面實測平均值與理論值曲線分析圖

圖3 53#孔跨中截面實測平均值與理論值曲線分析圖

圖4 脈動試驗測試系統框圖

結構豎向一階的理論值為0.8449Hz，實測值大于理論計算值，說明結構實際剛度大于理論剛度。

2.3 無障礙行車試驗結果分析

表4為無障礙行車試驗的測試結果，由表4可知，無障礙跑車實測沖擊系數μ在0.031～0.052之間，而《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)所規定橋梁基頻f＜1.5Hz時，其設計沖擊系數μ取值為0.05，實測值與設計取值較為接近。

2.4 有障礙行車試驗結果分析

表5為有障礙行車試驗的測試結果，由表5可知，有障礙跑車的沖擊系數在0.079～0.102之間，小于設計局部加載沖擊系數μ的取值0.3，橋梁結構動力性能基本滿足設計要求。

4 結論

通過對北江特大橋主橋連續剛構橋的靜載試驗和動載試驗，可以得出以下結論：

圖5 主要測點自譜曲線圖

圖6 參考點R8與L7測試點的互譜曲線圖

表4 無障礙行車試驗結果

表5 有障礙行車試驗結果

(1)通過靜載試驗，各工況的撓度實值和應變實測值均小于理論值，橋梁的整體受力性能良好，處于彈性受力狀態。

(2)通過動載試驗，其豎向一階實測頻率比理論計算值大，說明結構實際剛度大于理論剛度。無障礙行車試驗的實測沖擊系數比設計值比較接近，說明行車動載對結構的不利影響較小。有障礙行車的實測沖擊系數比設計值小，說明該橋具有較好的抗動載沖擊能力。

[1]交通部公路科學研究所，交通部公路局技術處，交通部公路規劃

設計院，大跨徑混凝土橋梁的試驗方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2]中華人民共和國交通運輸部.JTG D60-2004 公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中交公路規劃設計院.JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京：人民交通出版社，2002.

Dynamic and Static Load Experiment of Beijiang Bridge

Liu Leping

(Guangdong Hualu Transport Technology Co.，Ltd.，Guangdong Guangzhou 510420)

結合北江大橋主橋連續剛構的靜動載試驗，通過橋梁靜力作用下主控截面的撓度、應變及動載作用下橋梁的相關動態數據測試結果的對比分析，對橋梁在荷載作用下的承載能力進行了評價，為橋梁竣工驗收提供依據

連續剛構；靜載試驗；動載試驗；

Combined with the dynamic and static load experiment of the continuous rigid frame of the main bridge of Beijiang Bridge， through the contrast analysis of deflection， strain of master section， which are under the action of bridge static force， and the dynamic data test results of bridge，which are under dynamic load， this paper evaluates the bearing capacity of the bridge， which is under load， and provides the basis for the completion and acceptance of the bridge.

continuous rigid frame; Static Load Experiment; Dynamic Load Experiment