大跨鋼桁梁橋改建后靜載試驗與分析

陳哲敏

(同濟大學，上海200000)

0 引言

靜載試驗是橋梁荷載試驗中最常用的試驗，可以用來解決橋梁結(jié)構(gòu)的靜力問題，還可以對結(jié)構(gòu)的受力狀況進行全面分析，從而獲得結(jié)構(gòu)相應(yīng)的特性參數(shù)。通過靜載試驗，可以直接掌握橋梁結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力情況，判定結(jié)構(gòu)的剛度和強度是否滿足要求，以評定橋梁的承載能力。

1 工程概況

某大跨鋼桁梁橋是雙層公鐵兩用橋，全長419.6m，上層為兩車道公路，下層為單線鐵路，主橋上部為兩聯(lián)（96m+112m）連續(xù)鉚接三角形鋼桁梁。大橋桁高為12.8m，中間支點及112m跨端支點均設(shè)6m 高加勁弦，主桁中距6.018m，主桁節(jié)間為8m。上層橋面公路路面寬9m，為二車道，兩側(cè)各設(shè)1.5m人行道，總寬12m。下層橋面為單線鐵路，寬6m，兩側(cè)設(shè)檢修道。改建前的大橋主橋立面布置如圖1所示。

圖1 大橋主橋立面布置

由于道路規(guī)劃限制，大橋主橋橋位不能改變，故改建方案為利用原主桁結(jié)構(gòu)，拓寬上層公路橋面。上層橋面拓寬為雙向6 車道，改建后寬度為24.5m。下層單線鐵路橋面改建為非機動車道，兩側(cè)的原鐵路檢修道改建為寬人行道，改建后寬度為13m。

主橋仍以兩片主桁為主受力結(jié)構(gòu)，對受力不足的部分桿件和節(jié)點進行加固。主桁桿件通過貼鋼板或角鋼的方式加固，加固鋼板、角鋼通過鉚釘或螺栓與原桿件連接。主桁節(jié)點板采用外貼加固板進行加固，節(jié)點加固板通過鉚釘與原構(gòu)件連接。

2 靜載試驗

2.1 測點布置

采用midas 建立計算模型，計算在設(shè)計荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力情況，包括支反力、結(jié)構(gòu)位移、桿件內(nèi)力及應(yīng)力，作為荷載試驗中確定測點布置的基礎(chǔ)和依據(jù)，最終選取南岸側(cè)一聯(lián)（96m+112m）邊跨及主跨跨中沿橫橋向上、下游各布置1 個測點，共4 個測點觀測撓度值[1]。

根據(jù)對橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計荷載作用下的計算與受力特性的分析，選擇圖2 桿件作為重點關(guān)注的對象，加載工況主要針對以下桿件進行。

2.2 加載車輛

采用車輛荷載進行加載。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTGT J21—2011），試驗中采用的加載車輛對結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生的荷載效應(yīng)計算值，應(yīng)與設(shè)計荷載產(chǎn)生的荷載效應(yīng)計算值基本相當。根據(jù)試驗結(jié)果，選用若干輛載重35t 重汽車作試驗車輛，各輛車前后相鄰軸距6.5m。

2.3 加載工況

《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》[2]（JTG/T J21-01-2015）第5.2.2 條提供了常見橋梁靜載試驗工況及測試截面，《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[3]第8.1.2條指出靜力試驗荷載效率可按式（1）

計算，宜介于0.95～1.05 之間。

因鋼桁梁橋桿件眾多，要使每一根桿件的荷載效率滿足規(guī)范要求，需要不斷調(diào)整荷載位置，加載工況也會非常多，實際操作難度大。因此，采用在同一個加載工況下針對最主要的桿件或參數(shù)，使其荷載效率滿足η 介于0.95～1.05 之間的原則，確定加載工況及每一加載工況的車輛數(shù)量、位置。為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與荷載效應(yīng)的關(guān)系，同時防止結(jié)構(gòu)在試驗過程中意外損傷，對主要控制截面應(yīng)分級施加試驗荷載。最終確定的加載工況如表1所示[4]。

表1 靜載試驗加載工況

3 靜載試驗數(shù)據(jù)處理及試驗結(jié)果分析

3.1 撓度測試結(jié)果

靜載試驗荷載下的理論撓度值和實測值的對比如表2所示。

表2 主桁跨中豎向變位實測結(jié)果及與計算值比較

3.2 工況測試結(jié)果

靜載試驗荷載下的主要關(guān)注桿件加載效率如表3所示。

表3 主要關(guān)注桿件加載效率

4 結(jié)論

第一，在最不利加載下（載位一），實測南聯(lián)鋼桁梁主跨跨中撓度值為27mm，按加載效率換算到設(shè)計活載作用下的撓跨比為1∶4148，小于《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015）中1∶500 的規(guī)定值。

第二，撓度試驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明，各工況主梁實測變形均小于計算值，主跨主要測點的撓度校驗系數(shù)在0.83～1.00 之間。

第三，下弦桿、斜腹桿、斜撐桿件軸力理論值與實測值吻合得相對較好，上弦桿軸力理論值與實測值偏差較大，根據(jù)對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造的分析，由于橋面系鋼筋混凝土組合橋面，且與上弦桿形成了板桁組合結(jié)構(gòu)，理論計算模型對于板桁組合結(jié)構(gòu)的模擬與實際可能存在較大的偏差，板桁間整體受力及分配使得上弦桿實際受力比理論計算要小。

綜上所述，靜載試驗結(jié)果表明某大橋改建后具有承受預定設(shè)計荷載的強度和剛度，結(jié)構(gòu)受力滿足設(shè)計（設(shè)計活載為公路II 級）及規(guī)范要求。