不等跨預(yù)應(yīng)力混凝土單箱雙室連續(xù)箱梁橋荷載試驗分析

吳騰飛

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福州 350007)

1 工程背景

某橋跨地方溪流，跨A 匝道橋、B 匝道橋、H 匝道橋、M 匝道橋，中心樁號DK00+659.500，橋長906.0m，橋?qū)?2m。 上部結(jié)構(gòu)采用3×(3×40)m 連續(xù)剛構(gòu)T 梁+5×30m 連續(xù)剛構(gòu)T 梁+4×30m 連續(xù)剛構(gòu)T 梁+(41.5+43+41.5)m 連續(xù)現(xiàn)澆箱梁+(35.5+38.5+35.5+35.5)m 連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基、箱墩配樁基；終點臺采用U 臺配擴基。 橋梁位于平面曲線段內(nèi)，T 梁按直梁設(shè)置，通過調(diào)整翼緣長度以適應(yīng)曲線線形， 墩臺基礎(chǔ)均為徑向布置。 終點臺設(shè)置一道D-80 伸縮縫， 交接墩0#、3#、6#、9#、14#、18#、21# 處各設(shè)置一道D-160 型伸縮縫。 終點臺處設(shè)8m 搭板。 預(yù)制梁、濕接縫、連續(xù)段均為C50 混凝土，蓋梁、墩柱均為C30 混凝土。 設(shè)計荷載：公路-I 級。詳見圖1。

圖1 某橋結(jié)構(gòu)布置圖(單位：m)

2 荷載試驗結(jié)果及分析

2.1 靜載試驗

2.1.1 靜載試驗工況及檢驗對象

最大試驗荷載為設(shè)計標準規(guī)定的荷載：公路-I 級。 汽車可變荷載作用參考《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2015)相關(guān)規(guī)定。 本次試驗根據(jù)該橋施工設(shè)計圖紙，應(yīng)用MIDAS 計算軟件進行建模計算，橋梁模型如圖2 所示。

圖2 模型計算圖

依據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖及外觀檢查結(jié)果，選擇第23、25 跨進行試驗。 具體如表1 所示，各跨主要測試截面如圖3 所示。

表1 靜載試驗測試內(nèi)容

圖3 試驗測試截面示意圖(單位：m)

2.1.2 測點布置

控制截面的應(yīng)變測點如圖4 所示， 撓度測點如圖5所示。

圖4 各控制截面應(yīng)變測點布置圖(單位：m)

圖5 各控制截面撓度測點銦鋼尺布置圖

2.1.3 靜載試驗效率

由表2 可知，該橋的靜載試驗荷載效率η 滿足《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015) 的靜力荷載效率規(guī)定要求，即0.85≤η≤1.05。

表2 靜力試驗荷載效率計算一覽表

2.1.4 靜載試驗結(jié)果與分析

在試驗加載工況作用下， 各控制截面的實測撓度及其與理論計算值的比較見表3。 實測應(yīng)變及其與理論計算值的比較見表4 所示， 箱梁截面應(yīng)變值沿高度分布見表5。

從表中可以看出，第23 跨跨中截面撓度校驗系數(shù)為0.68～0.69，應(yīng)變校驗系數(shù)為0.83～0.88；第25 跨最大正彎矩截面撓度校驗系數(shù)為0.64～0.66， 應(yīng)變校驗系數(shù)均為0.81～0.84；23# 墩支點負彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.81～0.86。 各測試截面撓度及應(yīng)變校驗系數(shù)均小于或處于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015) 規(guī)定的常值范圍(0.70～1.00)，相對殘余撓度均小于《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》(JTG/T J21-01-2015)規(guī)定限值20%。

表3 各控制截面撓度分析表

表4 各控制截面應(yīng)變分析表

表5 應(yīng)變沿梁高分布數(shù)值分析表

實測得到箱梁各控制截面中性軸位置與理論計算的截面中性軸位置基本相同，且應(yīng)變沿梁高呈線性變化，梁片處于彈性受力狀態(tài)。

2.2 動載試驗

2.2.1 自振特性試驗工況

采用脈動法(環(huán)境隨機振動法)，通過脈動試驗，測定橋跨結(jié)構(gòu)的豎向自振頻率，了解橋跨結(jié)構(gòu)豎向自振特性。在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動等隨機荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微小振動響應(yīng)， 測試橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率和振型，以分析橋跨結(jié)構(gòu)自振特性。

2.2.2 自振特性試驗結(jié)果

在各跨八分點位置橋面上置放脈動測點傳感器，實測的信號經(jīng)FFT 分析、模態(tài)分析，得到大橋左幅第三聯(lián)自振特性前2 階自振頻率及其振型。 實測與理論自振頻率及振型如圖6～9 所示。

自振特性試驗表明， 該聯(lián)實測豎向1 階和豎向2 階自振頻率分別為3.94Hz 和4.84Hz， 大于理論計算值3.45Hz 和4.20Hz，阻尼比分別為1.81%和2.48%，實測振型和理論振型一致。

圖6 實測1 階豎向振型圖

圖7 計算模型1 階豎向振型圖

圖8 實測2 階豎向振型圖

圖9 計算模型2 階豎向振型圖

2.2.3 無障礙行車試驗工況

采用1 輛靜載試驗載重汽車以10km/h～30km/h 不同的車速通過橋跨結(jié)構(gòu)， 應(yīng)用INV3062C 信號采集處理分析儀測試第25 跨最大正彎矩截面的動應(yīng)變，分析其沖擊系數(shù)。行車試驗測點布置在第25 跨最大正彎矩截面箱梁梁底。

2.2.4 無障礙行車試驗結(jié)果

在不同車速情況下，第25 跨最大正彎矩截面的實測數(shù)據(jù)見圖10。

圖10 不同車速情況下跑車試驗應(yīng)變時程圖

由行車試驗結(jié)果可知，在單車不同行車速度10km/h、20km/h 和30km/h 作用下，換算成標準車列后，實測的跑車沖擊系數(shù)分別為1.04、1.04 和1.06，按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004) 中沖擊系數(shù)μ 的計算公式計算： 當(dāng)1.5Hz≤f≤14Hz， 則1+μ=1+(0.1767lnf-0.0157)=1.20(這里 取橋面豎向一階理論頻率)，可知實測沖擊系數(shù)均小于規(guī)范值。

3 結(jié)論

綜合以上檢測結(jié)果， 各控制截面在試驗工況荷載作用下，截面均未出現(xiàn)明顯異常反應(yīng)，表明箱梁整體受力能夠滿足公路-I 級設(shè)計荷載等級要求。