連續剛構橋梁荷載試驗結果的研究

顏 霜

（成都賽旺工程咨詢有限公司， 四川 成都 610000）

連續剛構橋的跨度大，能克服的復雜地形多，要使剛構橋在使用過程中的穩定性和固定性有所保障，就需要對剛構橋進行精密科學的橋梁荷載試驗。連續剛構橋的梁和墩具有連續性的結構，在荷載時可以形成一個整體共同受力，這種特性也使其承載力指標遠遠高于一般橋梁。剛構橋荷載試驗的主要目的就是考察橋梁應力和撓度的變化，這對連續剛構橋梁荷載試驗結果進行研究對加強連續剛構橋的載荷能力有著十分重大的現實意義。

1 連續剛構橋梁的概述

1.1 連續剛構橋的特點

連續剛構橋的橋梁上部結構與橋墩具有一定的整體性和連續性，這種結構讓其在承受載荷時主梁和橋墩同時受力，因此在載荷能力方面連續剛構橋的能力顯得尤為突出。由于連續剛構橋的主梁之間沒有伸縮縫，因此在車輛行駛過程中會更加平穩，提高了行車的舒適度。［1］主梁和橋墩之間的整體性關系也完成了體系之間的無差異轉換，減去了支座的設計和養護環節，從一定程度上節約了橋梁的建造費用。

在我國乃至世界的交通系統中，橋梁都占據中十分重要的地位，由于橋梁的承載能力不足的問題造成的橋梁坍塌、斷裂等現象嚴重威脅著交通行駛過程中的車輛安全和人身安全，給人們的出行埋下了隱患。在橋梁的使用過程中，由于持續受力的關系，橋梁和橋墩的水平位移、轉角位移和墩身剪力結構都會產生一定的變化，因此在設計橋梁和橋墩時做出科學、合理、精密的計算是對連續剛構橋梁進行荷載試驗并對其試驗結果進行分析研究的首要條件。

1.2 連續剛構橋的基本結構

1.從連續剛構橋的受力結構分析，橋梁的受力點主要是橋面、橋墩以及橋面和橋墩的連接處。在進行連續剛構橋施工時，完成橋梁與橋墩固態結構的高效連接，讓其橋墩在受力過程中同時能依靠橋梁與橋墩之間的固結體系維持豎向持平的狀態。在橋梁的主墩柔性較大時，要注意保證橋墩頂部的橋面彎曲程度低于同跨徑橋梁，可以在施工時對橋梁橫截面的尺寸進行適當的調整，有效控制橋梁跨梁位置的高度，以保證連續剛構橋受力結構的穩定性［2］。

2.從連續剛構橋的設計思路來分析，在設計時一般遵循強梁弱墩的理念、在施工時要確定某個特定的范圍作為參考基礎，適當增加橋梁的尺寸，最大限度地改善連續剛構橋的跨越性能和橋梁的穩固性。按照經驗來說，連續剛構橋受到外界溫度和自身徐變的影響比較大，在長期使用過程中會出現一定程度的轉角會位移現象，因此在設計過程中，一方面要注意增強連續剛構橋梁墩身的承載能力，另一方面還要控制橋梁所承受的內力。

3.從連續剛構橋梁界面的設計分析，橋梁界面是受力的最直接部位，只有在設計施工時科學合理地把握橋梁的內部和外部的整體結構，對橋梁的受力特征進行綜合全面的有效分析，充分運用變截面的設計思路，才能保證橋梁在施工過程中的科學性和合理性，在測試和使用階段橋梁的跨越性能和穩固性能才能達到要求標準。

2 連續剛構橋梁荷載試驗的流程

2.1 荷載試驗的流程

荷載試驗的準備階段，首先要收集橋梁的設計資料、施工工藝記錄、監理記錄、材料和工藝試驗資料、養護記錄、維護記錄等一系列與橋梁相關的資料。其次要對橋梁的橋面、承載結構、支座、基礎等現狀進行全面的檢查。隨后就能確定好進行荷載試驗所需的設施和設備，［3］在試驗現場將腳手架、測試儀表支架、測量儀器等器材提前搭建好，以便試驗的準備工作落實到位。

2.2 荷載試驗的實施階段

荷載試驗實施階段是整個試驗最重要的階段，在此階段的主要任務是加載和記錄，試驗過程要嚴格按照試驗方案標準進行，采用適合的設備儀器對橋梁的構件進行加載，邊測量、邊加載、邊記錄，尤其對連續剛構橋的撓度、裂縫變化、應變情況等重點內容要觀察記錄清楚，力求等到完善準確的試驗結果。

2.3 荷載試驗的結果分析和報告

通常在荷載試驗的實施階段試驗的項目比較復雜，試驗出的數據結果也比較雜亂，對荷載試驗的結果進行分析就是要將這些雜亂的數據有條理地整理清楚，在大量的觀測數據、文字記錄和圖標資料中找出一定的客觀規律性。對整理好的資料進行綜合詳細的分析，按照科學的方法進行計算和對比，從而得到有價值的信息和資料。完成數據分析之后，就可以按照需求和目的做分析報告，對試驗的對象進行較準確可靠的評估。

3 連續剛構橋梁荷載試驗結果分析案例

某水電站交通橋梁全長233m，橋跨布置為61+100+61m三跨預應力混凝土連續剛構梁橋，主梁設0.8%的縱坡以及1.5%的橫坡。橋梁全寬12 m，橫向布置為凈－11＋2×0.5（防撞護攔），主梁為單箱單室截面，箱梁頂面寬度為12 m，底面寬度為6.5 m，主梁根部箱梁高6.0 m,中跨截面處梁高為2.5 m。主橋墩身采用鋼筋混凝土矩形空心橋墩，橋臺為重力式U型橋臺。設計荷載汽車超-40級，掛特-300級。下面對該大橋荷載試驗進行分析。

1.測試斷面及測試布點

①.測試斷面

A．彎矩的控制截面為邊跨距橋臺25米處的正彎矩、中支點截面（負彎矩）和中跨中跨截面（正彎矩）。由于本橋為變截面連續梁，也不排除其他截面的應力會超出上述截面的可能；

B.剪力控制截面為橋墩支點截面；

C.撓度控制截面為邊跨L/4、中跨截面；中跨為L/4、中跨截面及3L/4截面。

②.測點布置

A．將各測試截面上的正、剪應變測點全部布置在箱內，底板測點布設在底板上表面，頂板測點布設在頂板下表面，剪應變布設在腹板中性軸附近。

B.撓度測點布設在橋面上，上下游人行道緣邊各設一個測點。

2.試驗方法

采用箱梁表面粘貼應變片，匹配型號為5631的靜態應變儀進行測試。在控制截面撓度的條件下，用精密電子水準儀按照0.1mm的精度進行測量。941B型高精度超低頻加速度傳感器配6M82動態應變儀測試橋梁動態性能。人工觀測和手動測量混凝土表面的開裂情況、裂縫的寬度和長度等。［4］

3.試驗加載程序

①.靜載試驗

靜載試驗荷載按汽車—40、掛車—300計算各試驗截面內力，以截面最不利彎矩作為試驗控制參數，然后按等效荷載原則布置荷載。

靜載試驗效率為：ηq=SS/S（1+μ）

式中：SS—靜載試驗荷載作用下控制截面內力計算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值；

μ—按規范采用的沖擊系數。

根據計算選用的試驗用車為單臺總重300kN的重車。靜載試驗采取分級加載，并且每一個工況重復1次，以確保試驗數據的可靠性和重復性。大橋靜載試驗實際的荷載效率系數邊跨和中跨分別為0.944、0.850，符合橋梁試驗規范要求0.80～1.10之間。

按各測試截面的控制彎矩及控制撓度布載，共分為4種試驗荷載工況，分別為：

工況1：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為中載；

工況2：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載；

工況3：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為中載；

工況4：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載；

試驗加載過程中，各工況分別按單列車輛荷載遞增，一、二工況分二級施加；，三、四工況分三級施加。每級穩定時間不少于10min，且每次工況重復一次。

②.動載試驗

采用一輛300KN試驗汽車作為動力試驗荷載，進行自振試驗、跑車試驗、跳車試驗。

4.測試結果

①.靜載試驗

由試驗數據歸納分析，撓度校驗系數邊跨平均值為0.469，各測點撓度校驗系數均不超過0.600；中跨撓度校驗系數平均值為0.502，中載時最大為0.555，偏載時最大為0.621。在對稱荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應力校驗系數在0.667以下（邊跨距橋臺25米截面頂板上游測點），最大拉應力校驗系數在0.652以下（邊跨距橋臺25米截面底板中測點）。在偏心荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應力校驗系數在0.718以下（邊跨距橋臺25米截面頂板下游測點），最大拉應力校驗系數在0.723以下（邊跨距橋臺25米截面底板中測點）。

由此可見，全部校驗系數均遠小于1.0,說明結構整體性能好，結構安全可靠，而且具備較充分的安全儲備。

②.動載試驗

通過橋跨結構的動載試驗，得到以下幾點結論：

A.主梁橫向振動前二階頻率分別為1.0352Hz、1.9531Hz，主梁豎向振動前兩階頻率分別為1.3086Hz、2.4121Hz；

B.橋跨結構的實測阻尼比Dn在0.003～0.007之間，為小阻尼振動，且阻尼值較小；

C.無障礙行車時對橋跨結構的沖擊系數（1+μ）介于 1.0514～1.1608之間，行車的沖擊作用較小；

D.跨中有障礙行車的沖擊系數（1+μ）介于 1.0466～1.2000之間，邊跨有障礙行車時的沖擊系數介于 1.0435～1.2063之間，可見障礙行車對橋跨結構的沖擊作用明顯大于無障礙行車，而40km/h速度行車所引起的沖擊作用要稍大于其他速度行車引起的沖擊。

綜上所述，橋跨結構有較好的整體性能，抗扭剛度較好。

4 連續剛構橋梁荷載試驗結果的評定方法

4.1 連續剛構橋梁靜載荷試驗及其結果的分析和評估

連續剛構橋梁的靜載荷試驗結果評價指標主要體現在兩個方面，一是實測值和規范值之間的比較，二是實測值與理論值之間的比較，先者反映的是剛構橋梁的實際工作狀態，后者則反映的是剛構橋梁的工作性能。無論是哪一種比較方式，都需要將靜荷載試驗得到的結果進行整理、分析、認識和理解，在此過程中了解試驗數據的內在規律，從而對連續剛構橋梁進行一個有效的評價。

4.2 連續剛構橋梁動載荷試驗及其結果的分析和評估

對連續剛構橋梁進行動載荷試驗的主要原因要歸于橋梁的多動性，在使用和其本身相比的過程中，橋梁結構的阻尼系數、頻率和板型都會有所改變。在對剛構橋梁進行動載荷試驗的過程需要經歷一個時間里程曲線，試驗者需要收集和整理整個時間歷程中的所有數據變化，再根據不同的情況選擇不同的數據分析處理方法，結合實際來對剛構橋的動載荷試驗結果進行有效的判斷。最后再根據相關的指標評價體系來對剛構橋梁的動力性能有一個全面的認識和把握。

5 結束語

連續剛構橋梁在我國路橋建設的發展中占據著重要地位，保證連續剛構橋的穩固性和安全性是保證人們交通出行安全的基本條件。對連續剛構橋進行荷載試驗并對其試驗結果全面分析，可以較準確地連續剛構橋的性能和狀態。