某簡支空心板梁橋靜動載試驗檢測與狀態評估

顏景波

摘 要：為評定某簡支空心板梁橋承載能力狀態，文章記錄了對橋梁承載力進行靜、動載試驗與狀態評估情況。通過4個工況的等效加載試驗表明，實測撓度和應變值均小于理論值，橋梁強度和剛度滿足設計與通行要求；各測點的相對殘余應變及相對殘余變位均小于20%，表明梁體處于彈性工作狀態。綜上所述，該橋的整體剛度基本滿足設計要求。

關鍵詞：撓度；應變；靜載試驗；簡支梁

隨著經濟快速發展和國家對基礎設施建設的大力投資，我國出現了大量各式各樣的橋梁，同時物流行業飛速發展，超載現象時有發生，對橋梁產生一定的破壞。兼顧經濟與安全兩個因素，對運營中的橋梁進行科學、嚴謹的檢測，并在此基礎上進行養護與加固是最合理的方式。對橋梁承載力進行靜、動載檢測，是目前最為精準的橋梁檢測技術，方便我們給出更加科學的評估意見。以下為對某簡支梁橋的靜、動載檢測評估過程，并給出了合理的養護方案。

1 工程概況

該橋跨徑布置為6×10m，結構形式為簡支空心板結構，橋梁全長60m，全寬8m，主梁的混凝土標號為C30。橋墩及橋臺的混凝土標號為C30。下部結構為柱式墩接蓋梁形式，基礎均為樁基礎，橋臺采用排架樁接蓋梁的輕型橋臺。

橋梁橫斷面0.25m（欄桿）+7.5m（機動車道）+0.25m（欄桿）=全寬8m。

橋梁的設計荷載等級為城-A級。

2 靜載檢測

橋梁靜載試驗主要是通過測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下各控制截面的應變、結構變位以及裂縫的發展情況等，從而確定橋梁結構實際工作狀態與設計期望值是否相符，它是檢驗橋梁性能及工作狀態（如結構的強度、剛度）最直接、最有效的辦法。

2.1 靜載試驗理論計算

試驗荷載采用內力等效的原則計算確定，使試驗荷載效率滿足上述規定，具體輪位布置按照各斷面在最不利荷載作用下的分析結果確定。

2.2 靜載試驗測點布置和試驗加載設計

（1）應變測點布置

根據該類橋型的受力特點，應變測點布置在第1跨跨中的梁底面上。

（2）變位測點布置

在該橋第1跨跨中斷面，測試在試驗荷載作用下梁體變位。

（3）測試工況設計

工況1、2：對1-1斷面最大正彎矩進行一級對稱加載。

測試內容：測試斷面測點應變及梁底變位。

工況3、4：對1-1斷面最大正彎矩進行二級對稱加載。

測試內容：測試斷面測點應變及梁底變位。

2.3 靜載試驗結果分析

（1）應變測試結果分析。工況一荷載作用下，實測最大拉應變為23.5με，對應計算應變40.6με，實測值小于計算值，校驗系數在0.48～0.58之間；工況二荷載作用下，實測最大拉應變為25.2με，對應計算應變40.6με，實測值小于計算值，校驗系數在0.49～0.62之間；工況三荷載作用下，實測最大應變為44.7με，對應計算應變為89με，實測值小于計算值，校驗系數在0.38～0.5之間；工況四荷載作用下，實測最大拉應變為44.9με，對應計算應變為89με，實測值小于計算值，校驗系數在0.37～0.5之間。卸載后，各工況荷載作用下，測試斷面各應變測點的相對殘余應變均小于20%，表明梁體均處于彈性工作狀態。

（2）變位測試結果分析。工況一荷載作用下，測試斷面實測最大彈性變位為0.79mm，計算值為0.94mm，校驗系數0.64～0.84，實測值小于計算值；工況二荷載作用下，測試斷面實測最大彈性變位為0.77mm，計算值為0.98mm，校驗系數在0.65～0.79之間，實測值小于計算值；工況三荷載作用下，測試斷面實測最大彈性變位為1.1mm，計算值為1.76mm，校驗系數在0.51～0.62之間，實測值小于計算值；工況四荷載作用下，測試斷面實測最大彈性變位為1.1mm，計算值為1.76mm，校驗系數在0.51～0.62之間，實測值小于計算值。卸載后，各工況荷載作用下測試斷面變位測點的相對殘余變位均小于20%，表明梁體均處于彈性工作狀態。

3 動載試驗

3.1 動載試驗測點布置

該橋動載試驗包括脈動試驗和受迫振動試驗。脈動試驗主要測量橋梁的動力特性，如橋梁的自振頻率及阻尼比等，受迫振動試驗主要測量橋梁在汽車荷載作用下的振幅、受迫振動頻率。

3.2 脈動試驗結果及分析

脈動試驗是通過在橋上布置高靈敏度的傳感器，長時間記錄橋梁結構在環境激勵下，如風、水流、地脈動等引起的橋梁振動，然后對記錄下來的橋梁振動時程信號進行處理并進行時域和頻域分析，求取橋梁結構自振特性的一種方法。對環境激勵下橋梁的響應信號進行多次功率譜的平均分析，可得到橋梁的各階自振頻率，再利用各個測點的振幅和相位關系，可求得橋梁各階模態相應的振型。

對脈動試驗信號進行時域和頻域分析，得到該聯豎向振動一階頻率實測值為14.84Hz，有限元計算頻率為14.07Hz，實測值大于計算值，說明橋梁實測整體豎向剛度好于理論剛度，滿足設計要求。實測阻尼比？孜=3.0%，在正常范圍1%-10%之間。

3.3 強迫振動試驗內容

強迫振動試驗分為跑車、剎車及跳車試驗。分別測試橋梁在不同動力荷載作用下橋梁結構的動力響應。

（1）跑車試驗。跑車試驗的測試內容主要是試驗車輛勻速過橋時橋梁動力響應。跑車試驗為1輛試驗汽車以每小時20km/h的速度駛過全橋。跑車試驗時測量梁體的在動力荷載作用下的強迫振動響應。

（2）跳車試驗。跳車試驗是模擬汽車越過障礙物試驗，在試驗跨跨中位置分別放置5cm的三角木，一輛試驗載重汽車以20km/h的車速跨過三角木，測量測點振幅和在豎向沖擊荷載下的強迫振動響應。

（3）剎車試驗。剎車試驗是模擬汽車剎車試驗，在試驗跨跨中位置一輛試驗載重汽車以20km/h的車速立即剎車，測量測點振幅和在沖擊荷載下的強迫振動響應。

4 結束語

通過對該簡支空心板梁橋進行靜、動載試驗檢測與狀態評估，可以得出如下結論：

（1）在試驗荷載作用下，試驗聯跨的結構校驗系數均小于1，實測值小于計算值，橋梁結構的實際狀況好于理論狀況。

（2）卸載后，各測點的相對殘余應變及相對殘余變位均小于

20%，表明梁體處于彈性工作狀態。

（3）依據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的規定，試驗聯跨的承載能力滿足要求。

（4）該橋混凝土梁試驗聯的實測一階豎向頻率大于理論計算

值，該橋的整體剛度基本滿足設計要求。

（5）試驗聯跨的阻尼比在正常范圍內。

（6）在跑車、剎車、跳車荷載作用下時，跳車的振動能量大于跑車與剎車，對橋梁結構產生的影響最大。為了降低跳車對橋梁結構造成的影響，應注意橋面平整，減少跳車情況發生，以延長橋梁的使用壽命。

參考文獻

[1]交通部公路科學研究所.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]交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁承載能力評定規程[M].北京：人民交通出版社，2011.