基于動、靜載試驗法的公路橋梁建設應力應變試驗分析

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為了促進經濟發展，我國在交通運輸建設方面投入了較多資金，采取建立數學模型的方式分析公路橋梁受力情況，以此改善公路橋梁架構設計方案[1-2]。由于橋梁的承載能力及作業狀態存在動態特性，因此采用傳統的靜荷載分析法很難全面分析橋梁的應力應變情況，引入動力荷載試驗分析十分必要[3-4]。文章采用靜荷載和動荷載結合方式，探究橋梁施加承載力后應力應變變化情況，從而提高橋梁建設質量。

1 工程概況

文章以某橋梁工程為例，對該工程橋梁施加承載力后產生的應力應變進行試驗分析。該橋梁建設形式為混凝土空心板，長度為4～16m，寬度為11m，施加預應力形成橋面。為了加固橋梁，以樁柱式類型橋墩作為加固工具，均勻布設在橋面下方，并添加板式橋臺，形成90°交角，公路荷載等級為I級。歷經7個月施工后，該橋梁于2019年11月完工。

2 試驗目的與方法

2.1 試驗目的

研究開展了靜荷載試驗、動荷載試驗。其中，開展靜荷載試驗的目的是測定該工程橋梁的靜位移參數數值和靜應變參數數值，以國家標準為判斷依據，檢驗該工程橋梁建設質量是否符合要求。另外，從安全角度展開分析，通過測定橋梁實際承受力的上限值，與建設標準對比，判斷其是否符合建設要求。開展動荷載試驗的目的是測定橋梁沖擊系數、阻尼比、自振頻率等參數數值，將其作為橋梁結構動力學分析依據，從而掌握工程橋梁結構特性。

2.2 試驗方法

（1）靜荷載試驗。以截面應變與擾度、結構開裂情況作為測試指標，分別布設靜荷載平面，模擬工程環境，探究不同工況下的靜荷載應變與擾度情況[5]。另外，根據橋梁實際施工情況，以橋梁第二跨為例，布設靜荷載試驗環境，展開測定分析。其中，橋梁跨立面跨度為16m，取中間點截取A-A面作為靜荷載分布試驗布設點。

為了深入探究應力應變特點，試驗設定了3種工況，分別測定參數展開分析。在各個試驗跨截面處布設應變計和位移計，從而獲取相關數據。其中，布設點編號1～6。工況1：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設靜荷載。與此同時，橫橋方向偏向左側位置添加靜荷載，得到工況1布設方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關數據信息。工況2：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設靜荷載。在橫橋方向中間位置添加靜荷載，得到工況2布設方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關數據信息。工況3：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設靜荷載。在橫橋方向偏向右側位置添加靜荷載，得到工況3布設方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關數據信息。

（2）動荷載試驗。關于橋梁動荷載試驗探究，以橋梁解自振特性相關參數為測定對象。選取Midas Civil程序作為試驗工具，通過構建橋梁結構模型，分析動力特性，獲取相關參數數據，而后利用子空間迭代方法處理這些參數數據，從而獲取自振頻率數值及其他參數特點[6]。

3 試驗結果分析

（1）靜荷載試驗結果分析。按照靜荷載試驗方案，分別測定3種工況下的截面擾度分布情況，結果如表1、表2、表3所示。表1中擾度分布統計結果表明，工況1中4種靜荷載作用下生成的擾度數值均隨著測點編號的增加而減小，并且所有測得的數值均在理論數值范圍內。因此，該組試驗測得的數據滿足可靠性要求。另外，擾度數值隨著靜荷載等級的增加而變小。表2中擾度分布統計結果表明，工況2中4種靜荷載作用下生成的擾度數值均隨著測點編號的增加先減小后增加，呈拋物線狀態，并且所有測得的數值均在理論數值范圍內。因此，該組試驗測得的數據滿足可靠性要求。擾度數值與靜荷載等級關系同工況1。表3中擾度分布統計結果表明，工況3中4種靜荷載作用下生成的擾度數值均隨著測點編號的增加而變大，并且所有測得的數值均在理論數值范圍之內。因此，該組試驗測得的數據滿足可靠性要求。擾度數值與靜荷載等級關系同工況1。

表1 工況1條件下截面擾度分布統計結果 單位：mm

表2 工況2條件下截面擾度分布統計結果 單位：mm

表3 工況3條件下截面擾度分布統計結果 單位：mm

3種工況下的橫向分布系數測定精準度高于98%，并且數值在理論數值范圍之內，可以將測定的數據作為橋梁應力應變分析參考依據。依據測定的校驗系數和最大相對殘余變位兩項參數值，生成不同工況下測定點應力應變分布特點，結果如圖1所示。依據圖1中的分布特點可知，不同工況條件下各測點應力應變分布均在理論數值范圍內。因此，該橋梁結構設計方案具有較高的安全性，可以將此測試結果作為橋梁穩定性分析的參考依據。

圖1 不同工況下測定點應力應變分布特點

（2）動荷載試驗結果分析。為了掌握橋梁結構動力特點，更加全面地分析橋梁結構穩定性，研究增加了動荷載試驗，通過測定自振頻率進行判斷。按照試驗方法布設試驗環境，選取第二跨作為測定點布設區域，分別在距離橋面0.2L、0.5L、0.8L處布設傳感器。另外，選取第二跨正彎矩數值最大位置布設擾度測量點，測量點布設平面圖如圖2所示。

圖2 測量點布設平面圖（單位：m）

跑車試驗中，測定沖擊系數均低于理論沖擊系數。當車輛處于剎車狀態時，理論沖擊系數不再高于測定沖擊系數。由此可以判斷，橋面養護處理對提高橋梁的安全性至關重要。

為了盡可能降低橋梁安全事故發生概率，后期維護及施工需注意的事項如下：（1）加大橋梁施工原材料檢驗力度，3次檢驗后通過則可以投入使用；（2）提升混凝土配合比精準度，選取環境溫度、環境濕度等參數作為影響因素分析依據，調整多因素影響下的配比方案，以此提高精準度；（3）定期安排養護伸縮縫處理。

4 總結

文章圍繞橋梁質量問題展開研究，以某橋梁施工項目為例，通過設定3種工況，分別開展動荷載試驗和靜荷載試驗。試驗結果表明，該工程橋梁結構設計方案安全性較高，但是由于橋梁長期受到沖擊系數的影響，因此容易出現破損等情況。為了延長橋梁使用壽命，文章擬定了一些維護方法與施工注意事項，以供參考。