連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果的研究

鐘海宏

(廣州誠安路橋檢測有限公司，廣州 廣東 510420)

1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗的流程

1.1 荷載試驗的流程

收集橋梁的設(shè)計資料、施工工藝記錄、監(jiān)理記錄、材料和工藝試驗資料、養(yǎng)護記錄、維護記錄等一系列與橋梁相關(guān)的資料。然后對橋梁的橋面、承載結(jié)構(gòu)、支座、基礎(chǔ)等現(xiàn)狀進行全面的檢查。之后確定好進行荷載試驗所需的設(shè)施和設(shè)備，在試驗現(xiàn)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。

1.2 荷載試驗的實施階段

實施階段的主要任務(wù)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(shè)備儀器對橋梁的構(gòu)件進行加載，邊測量、邊加載、邊記錄，尤其對連續(xù)剛構(gòu)橋的撓度、裂縫變化、應(yīng)變情況等重點內(nèi)容要觀察記錄清楚，力求等到完善準確的試驗結(jié)果。

1.3 荷載試驗的結(jié)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(fù)雜，試驗出的數(shù)據(jù)結(jié)果也比較雜亂，對荷載試驗的結(jié)果進行分析就是要將這些雜亂的數(shù)據(jù)有條理地整理清楚，在大量的觀測數(shù)據(jù)、文字記錄和圖標資料中找出一定的客觀規(guī)律性。按照需求和目的做分析報告，最終對試驗的對象進行較準確可靠的評估。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁動載試驗結(jié)果分析案例

大埠河大橋位于連平縣元善鎮(zhèn)境內(nèi)，左右幅橋跨布置為：3×25 m(預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁)+(82+150+82)m(預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu))+2×30 m(預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁)。主橋主梁縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，主梁橫向按預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件設(shè)計；承臺、墩身和蓋梁為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

本次動載試驗采用脈動法、自振法測試橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性，采用強迫振動法測試橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。經(jīng)對實測頻率與理論計算頻率的對比分析，掌握主橋目前的動力性能與行車性能，宏觀把握該橋的整體剛度。測試內(nèi)容包括。

(1)橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性參數(shù)(自振頻率、振型、阻尼比)；

(2)行車試驗荷載作用下的動撓度、動應(yīng)變及沖擊系數(shù)。

2.1 測試斷面及測試布點

D1～D13均為垂直拾振器，邊跨布置于跨中及四分點，跨中布置于跨中及八分點；H1～H7為水平拾振器(橫向)，布置于各跨跨中及墩頂；Z1和Z2為水平拾振器(縱向)，布置于墩頂；動撓度測點布置于中跨跨中橋面右側(cè)防撞墻上方，弓形障礙物設(shè)置于中跨跨中橋面上；動應(yīng)變測點布置于中跨主梁底板底面。

2.2 測試結(jié)果及分析

(1)自振特性測試結(jié)果與分析

在地脈動、跳車和行車激振工況下，主橋?qū)崪y橫彎1～2階、主梁實測豎彎1～4階自振頻率和實測阻尼比、理論計算頻率見表1所示，對比自振頻率實測值與理論值可知，實測自振頻率均大于理論值，說明結(jié)構(gòu)的實際剛度大于理論剛度。典型陣型圖、測點頻譜圖見圖1、圖2。

圖1 實測主梁豎彎一階振型(f=1.013 Hz)

圖2 地脈動工況D1#豎向測點頻譜圖

表1 實測頻率及阻尼比測試結(jié)果表

備注：(1)表中波形分析的結(jié)果由跳車試驗實測數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理得到的單自由度振動信號分析所得；(2)表中“/”表示未對數(shù)據(jù)做相應(yīng)的分析；(3)通過測試，環(huán)境條件符合試驗要求。

(2)沖擊系數(shù)測試結(jié)果與分析

①動撓度及沖擊系數(shù)測試結(jié)果

修正后無障礙行車試驗最大動撓度為6.83～7.32 mm，沖擊系數(shù)均為0.01，有障礙行車試驗實測最大動撓度為6.74～7.91 mm，實測沖擊系數(shù)為0.08～0.22。

表2 動撓度測試結(jié)果匯總表

②動應(yīng)變及沖擊系數(shù)測試結(jié)果

無障礙行車試驗實測最大動應(yīng)變介于24.3～30.6 με，實測沖擊系數(shù)范圍為0.02～0.04，有障礙行車試驗實測最大動應(yīng)變介于28.4～36 .4με，實測沖擊系數(shù)范圍為0.15～0.19，制動試驗實測最大動應(yīng)變?yōu)?6.3 με，實測沖擊系數(shù)為0.03。各測點實測動應(yīng)變及沖擊系數(shù)結(jié)果見表3～表4所示。

表3 動應(yīng)變測試結(jié)果匯總表

表4 動應(yīng)變沖擊系數(shù)測試結(jié)果匯總表

測試結(jié)果表明，在同一車速下，有障礙行車比無障礙行車試驗實測沖擊系數(shù)要大的多，說明橋面不平整將加大車輛對橋梁的沖擊作用。因此，在橋梁運營中保持橋面平整非常重要。

(3)結(jié)論與建議

大埠河大橋左幅主橋?qū)崪y自振頻率值大于理論值，說明結(jié)構(gòu)實際剛度大于理論剛度。大埠河大橋左幅主橋在力學(xué)性能上滿足設(shè)計要求。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果的評定方法

3.1 結(jié)果的分析

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的靜載荷試驗結(jié)果評價指標主要體現(xiàn)在兩個方面，一是實測值和規(guī)范值之間的比較，二是實測值與理論值之間的比較，前者反映的是剛構(gòu)橋梁的實際工作狀態(tài)，后者則反映的是剛構(gòu)橋梁的工作性能。在對結(jié)果進行整理、分析、認識和理解過程中要了解試驗數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，從而對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進行一個有效的評價。

3.2 載荷能力的評估

對連續(xù)剛構(gòu)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(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)、頻率和板型都會有所改變。在對剛構(gòu)橋梁進行動載荷試驗的過程需要經(jīng)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(shù)據(jù)變化，再根據(jù)不同的情況選擇不同的數(shù)據(jù)分析處理方法，結(jié)合實際來對剛構(gòu)橋的動載荷試驗結(jié)果進行有效的判斷。最后再根據(jù)相關(guān)的指標評價體系來對剛構(gòu)橋梁的動力性能有一個全面的認識和把握。

4 結(jié)束語

橋梁工程作為我國建設(shè)發(fā)展過程中的基礎(chǔ)必備工程，研究其載荷和穩(wěn)定性的問題一直受到社會廣泛的關(guān)注。在連續(xù)剛構(gòu)橋梁的建筑設(shè)計過程中，對連續(xù)剛構(gòu)橋進行荷載試驗并對其試驗結(jié)果全面分析，可以較準確地連續(xù)剛構(gòu)橋的性能和狀態(tài)。