橋梁靜動載試驗檢測分析

查日葵 （安徽省公路工程檢測中心，安徽 合肥 230051）

1 橋梁工程概述

該橋梁工程位于六安市城市主干路—皋陶大道上，其主橋中心樁的標號為K1+066，以樁號K0+877.5為起點，樁號K1+354.5作為終點。橫跨在淠河總干渠兩側，橋梁長478.0m。皋陶大橋南部的銜接道路工程，南端起自皋城路的車行道邊緣，北端至皋陶大橋工程，該銜接路段長231.028m，整體呈南北走向，道路的主軸線與其縱斷面基本服從于皋陶大橋的總體設計，為避讓位于皋城路口西側位置上的建筑物及其東側的預留用地，道路由北向南其寬度逐漸從45m變為40m，其慢車道及其橋面非分隔綠化帶因此被相應壓縮。K3+911位置上的三源河橋全橋總長為66m，橫跨三源河，橋跨布置成3×20m的簡支轉結構連續小箱梁形式，每幅在橫向方面設置了8片左右幅相同的箱梁，橋墩下部結構用的是樁柱接蓋梁，橋臺部分是樁接蓋梁，樁基礎是鉆孔灌注樁。

2 引橋左中幅（28m+2×30m+20m）簡支變預應力連續組合箱梁部分的靜載試驗

2.1 工況布設

該靜載試驗測試的主要是在最不利設計荷載（靜載）下主梁各控制截面的內力最大值。通過有限元橋梁專用計算分析軟件MIDAS/Civi2017為皋陶大橋引橋當中左中幅第一聯（28m+2×30m+20m）簡支變預應力連續組合箱梁建立有限元模型，將驗算荷載設為城-A級荷載對其展開計算分析。用有限元橋梁專業分析軟件MIDAS/Civi2017，求得在設計荷載作用下皋陶大橋試驗聯的彎矩包絡狀況和應力包絡狀況。按照《路橋承載能力測定規程》（JTG/T J21-2011）當中的相關規定，并經過細致的結構計算明確該聯對應的內力控制斷面。從分析結果來看，在設計荷載跟該試驗荷載的作用下，按照最大內力所在的位置，可明確3個主要控制截面，再通過這個內力控制截面，明確4個靜載試驗工況。工況1：測試單幅第跨跨中周邊斷面正彎矩最大值（屬于偏載）；工況2：測試單幅第跨跨中周邊斷面正彎矩最大值（屬于中載）；工況3：測試單幅#墩頂周邊斷面負彎矩最大值（屬于偏載）；工況4：測試單幅第2跨跨中的C斷面上正彎矩最大值（屬于偏載）。

因該橋上部結構用的是預應力連續組合式箱梁，在橫向上包括多片梁，按照橫向分配特點，主要以偏載作為試驗加載方式，以邊梁彎矩實施試驗控制。

2.2 測點設置

2.2.1 布設應變測點

按照經驗，測點不宜布設過多，但要保證觀測結果的質量，布設的測點必須能反映結構的應變最大值及其沿梁高分布的實際規律。橋面板上表面由于橋面鋪裝構造而不適合設置測點。結合現場條件，對各控制斷面進行測點設置。

2.2.2 布設撓度測點

測量橋梁撓度時按照現場實際條件和具體情況，通過精密水準儀對各測點的撓度進行測量，在不同工況控制斷面相應的橋面位置上布設撓度測點，并在其墩臺頂布設支點沉降測點，每一個測點距離人行道內側應保持15cm，并依次將其編號為：0-1、……、4-1。測量橋梁撓度時按照現場實際件和具體情況，通過精密水準儀對各測點進行撓度測量。為測得該橋每一個工況主梁撓度控制加載測點在試驗荷載分級加載下的撓度變化過程，各級加載后均應展開撓度測量。

2.3 試驗荷載設置

2.3.1 效率系數

為了確保試驗的準確性，在確定試驗荷載及其加載位置時，通過靜載試驗效率實施控制。其中的效率系數ηq用的是0.85～1.05。按照結構驗算及其外觀檢查所得結果，結合明確的加載車輛軸載狀態將加載位置在橋面上標出來。

2.3.2 加載車輛及其加、卸載程序

通過9輛后八輪自卸式載重車實施加載，加載的總噸位大約為350kN。①按照所要實現的荷載等級還有控制內力影響線，采用50kN的試驗加載車實施加載，使其造成的荷載效應達到設計荷載條件下控制效應的最大狀態。②本次展開的是基本荷載試驗，整個試驗將不影響結構的正常使用做為基準。加載期間讀取所有控制截面上產生的應變，若是發現異常即刻暫停試驗。③每一個試驗跨段加載測試工況的具體過程為1～3級，確保按逐級遞增的方式從零開始加載到試驗最大荷載，再一級級的卸載。

3 引橋左中幅（28m+2×30m+20m）簡支變預應力連續組合箱梁動載試驗

3.1 橋梁結構的模態試驗

通過環境激勵法試驗來對結構的動力特性進行測試，早已被多次驗證適合應用于那些頻率較低、規模較大的結構當中。拾振器測點設置一般按照結構理論分析推斷出的振型形狀，在較大變位處設置測點，以避開各階對應的振型節點所在位置。本次試驗共布設9個測點，且將測點設置在除墩頂處以外橋跨的四等分點位置上，測點從小樁號開始設置，逐漸向大樁號推進，依次為 C1～C9。

3.1.1 自振頻率大小與振型

①計算出來的自振頻率理論值與振型，應利用軟件建模并展開理論模態的相關計算，算得該橋的一階自振頻率理論值為1.451Hz，二階自振頻率理論值為2.726Hz，三階自振頻率理論值為3.692Hz：②自振頻率的實測值與振型，由頻譜分析可得一階頻率是1.451Hz，二階頻率是2.726Hz，三階頻率是3.692Hz利用模態采集分析軟件DHDAS展開模態分析，可以得到自振頻率的前三階f值、其模態振型以及與之相對應的阻尼比ξ。

3.2 車輛激勵試驗

3.2.1 行車試驗

安排一輛試驗用車，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度從左幅勻速通過，將試驗聯跨中（第跨）測點位置上的動應變時程響應曲線測試出來。

①跨中時域波形圖

所采集到的行車試驗聯跨中動應變時程響應曲線見下圖。

試聯驗跨中動應變時程曲線

②沖擊系數實測值及跟車速之間的關系曲線

該跨沖擊系數實測結果見表2。

沖擊系數實測表 表2

3.2.2 跳車激振試驗

安排一輛試驗所用重車從布設在試驗跨跨中的一根高的枕木上面越過，車輛利用枕木出現的跳動，產生對橋梁項目的沖擊作用，以便激起豎向上的橋梁振動。同時通過動態應變采集與分析系統，對動應變時程響應信號進行采集。由采集的跳車激振試驗時對應的時程響應曲線中，可以分析出該振動信號功率譜。

4 裂縫觀測結果

在加載各種工況期間，對橋梁結構中的局部關鍵受力部位實施監測，對混凝土結構當中產生裂縫的情況實施了監測，一旦產生裂縫的話，就會對試驗造成影響。本實驗利用監測發現橋梁在經過試驗荷載之后，未出現混凝土開裂的明顯現象。

5 結論

實踐證明，靜動載試驗確實可以有效的對橋梁結構的實際承載能力做出評估，且其整個試驗過程與所得結果全都非常直觀。