達州金龍大橋靜、動載試驗及分析

寇子鵬,馬 戎,孫 勇

（1.中交公路規劃設計院有限公司成都分公司；2.西南交通大學峨眉校區土木工程系；3.東北林業大學土木工程學院）

1 工程概況

達州金龍大橋主橋上部結構為三跨預應力混凝土連續剛構橋,跨徑布置為88m+150m+88m。主橋為預應力混凝土結構為分幅式箱梁。每幅主橋采用單箱單室截面,箱梁頂板寬15m,底板寬9m,外翼板懸臂長3m,橋面縱坡2.49％,頂板設2％的單向橫坡。跨中及邊跨支架現澆段梁高3.2m,墩梁相接的根部斷面及墩頂0#梁段的梁高9.5m,其梁高按1.7次拋物線變化。車輛荷載等級：城-A級,人群荷載：3.5 kN/m2。

2 試驗方案

為檢驗橋梁結構的力學性能是否滿足設計要求,承載力是否滿足設計標準,以及檢驗其運營使用性能,對達州金龍大橋進行靜、動載試驗。

2.1 試驗內容

主要測試主梁各控制截面相應的試驗荷載及工況下的數據。

（1）橋梁資料調查。

包括橋梁結構竣工資料搜集和橋梁結構現狀檢查兩部分。設計圖紙、計算書、變更設計和作為設計依據的原始資料、監理資料等,資料不全的分部結構要做說明。

對該橋的結構幾何尺寸和梁體線形、支座標高進行調查。進行裂縫檢查及橋面檢查,觀察裂縫是否存在并分析其狀態及影響。

（2）靜載試驗內容。

①測試西外開發區側邊跨跨中（附近）最大正彎矩（AA斷面）、主跨內支點（附近）最大負彎矩（B-B斷面）、主跨L/4處正彎矩（C-C斷面）、跨中最大正彎矩（D-D斷面）、連續剛構固結墩墩身最大彎矩（E-E斷面）,斷面位置如圖1所示。

②對各測試斷面進行應力測試；對各加載工況下的主跨與邊跨按1/4等分點處撓度進行測試、對支座處豎向、水平位移進行測試；各考察斷面偏載系數及荷載橫向分布系數檢驗。

③動載試驗內容。

a自振特性試驗。包括橋梁整體結構和試驗橋跨結構的低階振型、基頻、阻尼。

b激振試驗（跑車、跳車與制動）。針對主跨結構跨中截面進行,測試內容包括：5、10、15、20、30、40、50、60 km/h等8種速度跑車效應、跳車效應和制動效應（動應變及沖擊系數）。

圖1 測點斷面布置圖（單位：cm）

2.2 測點布置

根據荷載試驗內容和試驗橋跨特點,應變測試采用表面應變計,布置在測試斷面箱形梁內混凝土表面。在邊跨及主跨上、下游均按1/4等分處橋面布置28個靜態撓度觀測點；在試驗橋跨上、下游支座處布置豎向、水平位移觀測點。在橋面布置拾振器,在主跨跨中（D-D斷面）箱梁頂及底部布置動應變測點。

2.3 加載工況

（1）靜力試驗荷載確定原則。

采用載重車充當試驗荷載,所需車輛荷載的數量,根據橋梁結構檢算得到的橋梁結構測試斷面在控制荷載下產生的最大彎矩之最不利效應值及等效換算而得。達州金龍大橋為城市橋梁,在實際加載過程中,為了滿足縮短試驗時間以及簡化工況的目的,根據橋梁結構檢算結果并且實施試驗控制以保證結構安全的前提下,靜載荷載效率系數可以加大。

式中：η為靜力試驗荷載效率；Sstate為試驗荷載作用下某一檢驗項目最大效應值；S為設計控制荷載作用下檢驗項目的最不利效應值；μ為規范采用的沖擊系數。

（2）試驗荷載與加載工況。

試驗荷載根據橋梁結構檢算確定的各個控制截面的最不利彎矩,通過等效的試驗車輛荷載加載到相應位置。采用10臺各總重為35 t、6臺各總重為25 t雙橋載重汽車布載。汽車參數見圖2。

圖2 現場用加載車輛示意圖（單位：cm）

各加載工況車輛布置圖如圖3所示。

圖3 各加載工況車輛布置圖（單位：cm）

達州金龍大橋梁結構為箱形截面,截面受力性狀較復雜。本試驗采用平面桿系有限元分析方法,把橋墩和主梁結構離散為130個單元和141個節點,其中主梁由109個單元組成。詳細分析結果見表1試驗荷載效率。

2.4 測試方法與設備

本試驗將加載過程分成預加載和2～4級加載,兩級卸載。加載方式為單次逐級遞加到最大荷載,然后逐級卸到零級荷載。以達到對橋梁結構承載能力實現有效鑒定的效果。靜力試驗荷載的加載分級,主要依據是由試驗截面最大彎矩的最不利效應值的40％、60％、80％、100％等級所需要的加載車輛而確定,對同一加載截面,先分級加載,橫向對稱加載。一旦出現不良狀態,立即終止加載程序。

表1 試驗荷載效率

各測試斷面的應力,采用在梁體表貼箔式應變計,由7V 14電阻應變測量系統測量,溫度補償用擱置在測點附近事先貼好應變計的混凝土塊實現補償。每一觀測截面處設一觀測站。在橋面上、下游側等距離布置測點,經支座沉降修正得到橋跨結構在和荷載作用下撓度。

動力試驗擬采用脈動法或重車激振余振法進行自振頻率測試,動應力是根據靜載試驗結果,在各種車速及工況下進行試驗；截面沖擊采用動應力來換算；內力影響線測試、動態增大效應也采用動應力換算的方法進行。

3 試驗結果及分析

3.1 靜載試驗結果

各工況下橋跨結構撓度實測值及其與計算值比較可知：主梁各撓度考察斷面上、下游撓度實測值基本一致且與理論計算值接近,表現規律一致,撓度校驗系數在0.63～0.97之間。表明橋梁結構具有足夠的剛度,滿足設計要求。

工況D偏載作用下主跨各測試斷面撓度比較與分析可知：主梁撓度偏載增大系數在1.06～1.15之間,與理論計算取用值1.15接近,表明橋梁結構具有良好的抗扭性能。

3.2 動載測試結果

實測橋跨結構水平橫向彎曲振動一階頻率（基頻）為1.18Hz,相應阻尼比為1.70％；豎向彎曲振動第一階頻率為1.24Hz,相應阻尼比為3.21％,豎向彎曲振動第二階頻率為2.61Hz。橋梁結構豎向彎曲振動基頻、水平橫向振動基頻以及其結構阻尼系數均在正常范圍內,表明橋跨結構具有足夠的抗彎剛度,動力性能滿足設計及使用要求。

4 結論

通過對達州金龍大橋的靜、動載試驗檢測,表明達州金龍大橋在各工況下的最不利截面應力、主梁位移及結構整體響應特征的實測值與理論計算值符合良好。橋梁結構各項性能指標均符合規范要求,橋梁具有較的剛度、豎向振幅較小。達州金龍大橋結構設計合理、工程施工質量優良、性能可靠、適用性好、可滿足正常的使用要求。

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