枯柯河大橋荷載試驗研究

羅瑛 施汝軍 黃林 張森

摘要：本文以枯柯河大橋為工程背景，對其進行了荷載試驗，其中，靜載試驗測試了該橋橋跨結構控制截面的應變與撓度，動載試驗通過無障礙行車試驗、有障礙行車試驗測試該橋橋跨結構的動力響應和沖擊系數，最后，通過脈沖試驗測試了固有模態、阻尼比及各階振型。試驗結果表明：各試驗工況下橋跨結構的結構校驗系數均處于合理范圍，表明橋跨結構具有足夠的剛度儲備和強度儲備。橋梁的實測頻率高于理論計算頻率，實測阻尼比屬正常范圍，橋梁的動力性能良好。橋跨結構實測無障礙行車動力增大系數、有障礙行車動力增大系數，橋跨結構的激振響應正常。

關鍵詞：橋梁工程;荷載試驗;效率系數;檢驗系數;承載能力

中圖分類號：TU1 文獻標識碼：A?? 文章編號：1006—7973（2022）03-0149-03

1引言

橋梁荷載試驗是判斷橋梁結構實際承載能力最直觀的方法[1]。通過施加荷載使橋梁達到某種最不利受力狀態，使橋梁產生變位或振動等響應，從而獲得橋梁特定截面的應變、位移、加速度等數據。按照橋跨結構的受荷反應，可將施加荷載分為靜載和動載，靜載試驗是指將靜止的荷載施加到橋梁結構的指定位置，測試橋梁控制截面的靜應變、靜位移及裂縫等數據。從而推斷出橋梁結構在荷載作用下的工作狀態和使用能力[2-3]。動載試驗是使用激振力使橋梁發生振動，測得橋梁的振動信號，得出相應的振型、周期、阻尼等數據來評價橋梁的動力特性[4-5]。

本文以枯柯河大橋荷載試驗為背景，對橋梁結構的實際承載能力進行評價，為后續的投入使用提供依據。

2工程概況及試驗編號

2.1工程概況

枯柯河大橋左右線孔跨布置為：1×40+（80+150+80）+1×40m。其中主橋采用跨度的（80+150+80）m 變截面預應力混凝土連續剛構箱梁橋，箱梁根部梁高9.2m，跨中梁高3.2m。箱梁頂板橫向寬12.5m，箱底寬7.0m，翼緣懸臂長2.75m。橋梁編號布置圖及立面見圖1。

2.2試驗編號

本次檢測以“昌寧→保山”方向為前進方向，面向路線前進方向，左手邊為左側，右手邊為右側。如圖1所示。

3荷載試驗

3.1靜載試驗方案及車輛布置

枯柯河大橋為一座連續剛構橋，由于橋跨結構和墩臺剛性連接，在豎向荷載作用下，會在主梁的端部產生較大的支座負彎矩，結合其受力特點，擬定試驗工況如表1所示：

中載和偏載加載車車輛橫向分布位置布置圖見圖2。

3.2試驗荷載加載效率

為確保試驗數準確可靠，靜載試驗荷載施加效率應滿足下式規定：

式中： Ss -靜力荷載作用下，試驗工況所對應控制截面的內力計算值。

S，-設計荷載作用下控制截面內力計算值;

μ-規范規定的沖擊系數;

ηq -靜力試驗的荷載加載效率。

通過計算各工況效率系數介于0.862～1.023之間，均滿足加載效率要求。

3.3動載試驗方案

本次動載試驗需檢驗該橋的自振特性及結構動力響應，故擬定測驗工況如表3所示。

3.4測點布置

橋梁靜載試驗加載方案，結合該橋的受力特點，選取 JM1、JM2和 JM3作為控制截面（如圖1所示）。

撓度測點布置于橋跨的兩端、L/4和跨中位置，每個截面布置2個測點，共布置18個測點，布置見圖3。

應力測點布置：JM1、JM3截面的1～5#應變測點均布置于箱梁底部，6#測點位于左側翼緣，7#、8#測點分別位于腹板外側;每個截面8個測點，共16個測點。

JM2截面的1～4#應變測點布置在左側翼緣，5～8#應變測點布置在腹板外側。該截面共布置8個測點，具體布置圖如圖5所示。

說明：圖中“”標記為應變測點。

在橋梁中跨跨中底板布置五個動應變測點（縱向），布置如圖6所示：

4試驗結果分析

4.1靜載試驗結果分析

該橋的應變測點數據及其相應的理論值，校驗系數和相對殘余應變見表4、表5。各工況靜載試驗作用下，橋梁未發生明顯的形變，也未出現明顯的裂縫。荷載施加后，各測點的應變增量均處于合理范圍，其變化規律與理論值一致，每個測點的實測應變增量比相應的理論計算值小。多數測點應變校驗系數在0.6～0.7內，表明該橋的強度安全儲備較高，有一定的富余量。卸載后，各測點的應變恢復能力強，其相對殘余應變的最大值為17.40%，滿足規范要求。

結構在荷載作用下的變形是衡量結構工作性能的另一個重要指標，其撓度校驗系數及相對殘余應變見表6、表7。試驗結果表明：該橋的剛度和強度都有較高的安全儲備，抵抗和恢復變形的能力較強，其實際的承載能力能夠滿足正常使用要求。

4.2動載試驗結果分析

本項目采用橋梁結構分析專用有限元程序 Midas Civil 對枯柯河大橋進行結構動力分析，獲取結構的自振頻率和振型計算結果，為測點布置和評估分析提供理論依據，一階至三階豎向彎曲振型計算頻率分別為1.102Hz、1.894Hz，2.424Hz，本橋脈動工況下模態試驗測試結果見表8。

橋梁自振特性測試得到主橋一階豎向實測振動頻率為1.216 Hz，大于相應的理論計算值1.102 Hz，實測振型與理論振型基本吻合，表明結構的整體剛度較大。

不同車速的無障礙行車作用下，實測橋跨最大沖擊系數為0.029，小于依據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）第4.3.2條計算值μ=0.05，表明橋面總體較平順;橋梁結構在跳車工況下沖擊系數比無障礙行車（勻速跑車）工況下沖擊系數明顯增大，最大值為0.208，表明橋面鋪裝不平整或局部缺陷會給橋梁結構的工作狀況帶來不利的影響，保持橋面平整度對改善橋梁結構的受力行為較為重要。

5結論

（1）橋梁結構的剛度和強度都具有充足的富余量，抵抗和恢復變形的能力強，能夠滿足實際運營需求

（2）橋梁的實測頻率高于理論計算頻率，實測阻尼比屬正常范圍，橋梁的動力性能良好。

（3）橋跨結構實測無障礙行車動力增大系數、有障礙行車動力增大系數，與同類型橋梁相比，橋跨結構的激振響應正常。

參考文獻：

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