大型鋼一砼組合連續(xù)梁彎橋靜動(dòng)載試驗(yàn)分析

1、工程概況

廣東省東莞市境內(nèi)廣深高速石鼓連接線石鼓立交橋，是連接?xùn)|莞大道、廣深高速公路的一座大型立交橋，全長(zhǎng)4.6公里。其1號(hào)主線橋位于石鼓連接線與東莞大道相交處，橋位處設(shè)計(jì)定線線形為圓曲線，緩和曲線，圓曲線半徑為680米、200米及300米。本橋設(shè)計(jì)為彎橋，備墩中線均與橋梁中線徑向設(shè)置，上部結(jié)構(gòu)為:10#-15#墩為鋼一砼組合連續(xù)梁，橋面板混凝土采用C50無(wú)收縮混凝土，跨徑為30+42+30+37+30米;其余為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁。混凝土采用C50混凝土。橋梁跨徑布置為(4*30)+(3*30)+(3*30)+(30+42+30+37+30)+(30+32+32+30)=593米。橋梁設(shè)計(jì)荷載為城市-A級(jí)。

2.1 載位及荷載效率

根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式，本次靜載試驗(yàn)選

取該橋第1聯(lián)右幅第1跨(0#橋臺(tái)-1#墩)、第2跨(1#墩2#墩)為試驗(yàn)跨，分別進(jìn)行兩跨最大正彎矩工況以及1#墩支點(diǎn)截面最大負(fù)彎矩工況的靜載試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下各控制截面處測(cè)點(diǎn)的撓度與應(yīng)變。根據(jù)該橋設(shè)計(jì)圖紙，應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析軟件，按照橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求，計(jì)算出在設(shè)計(jì)荷載作用下試驗(yàn)截面的最大彎矩，然后按等效彎矩等于設(shè)計(jì)最大彎矩值進(jìn)行加載載位布置。(圖2.1為控制斷面示意圖。)

在試驗(yàn)荷載作用下，各控制截面的設(shè)計(jì)彎矩、試驗(yàn)彎矩及荷載效率系數(shù)見(jiàn)表表2-1。

2-2 試驗(yàn)工況

本次靜載試驗(yàn)共分為3個(gè)加載工況，具體如下:

工況1:A截面最大正彎矩偏心加載(該工況分為三級(jí)加載，一級(jí)卸載);

工況2:C截面最大正彎矩偏心加載(該工況分為三級(jí)加載，一級(jí)卸載);

工況3:B截面最大負(fù)彎矩偏心加載(該工況分為兩級(jí)加載，一級(jí)卸載)。

2-3 撓度測(cè)試結(jié)果

2-3-1 測(cè)點(diǎn)布置

選取試驗(yàn)跨跨中和L/4、3L/4及兩端支座位置為撓度測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)18個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置及編號(hào)如圖2-2、圖2-3、圖2-4所示。

2-3-2 撓度測(cè)試結(jié)果

本次撓度測(cè)試共測(cè)試了試驗(yàn)跨l/4、1/2和3/4等各截面梁底兩側(cè)測(cè)的撓度，測(cè)試結(jié)果表明，中跨正彎矩工況滿載情況和邊跨正彎矩工況滿載情況下，實(shí)際測(cè)得的撓度值均小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范要求(即小于O.7或介于0.7-1.05之間)，殘余撓度均較小。加載跨的實(shí)測(cè)撓度值與橋跨上加載重量基本成線性關(guān)系，表明結(jié)構(gòu)在線彈性范圍內(nèi)工作。

工況1(A截面最大正彎矩)的撓度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2-2;

表2-2工況1(A截面最大正彎矩)撓度實(shí)測(cè)值與理論值

表2-3_工況2(c截面最大正彎矩)撓度實(shí)測(cè)值與理論值

工況2(c截面最大正彎矩)的撓度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2-3;

2-4 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

2-4-1 測(cè)點(diǎn)布置

在A截面、B截面和C截面三個(gè)截面處(截面位置如圖2-1所示)，布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置及編號(hào)見(jiàn)圖2-4-圖2-6。應(yīng)變測(cè)量采用標(biāo)距為150mm的振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量結(jié)構(gòu)在各級(jí)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化及分布情況，測(cè)試儀器使用DataTaker-615數(shù)據(jù)采集儀并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制每隔30秒采集應(yīng)變數(shù)據(jù)一次并存儲(chǔ)。

2-4-2 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

本次撓度測(cè)試共測(cè)試了試驗(yàn)跨A、B、c三個(gè)控制斷面的應(yīng)變，測(cè)試結(jié)果表明，各工況滿載情況下，主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值基本上都小于相應(yīng)的理論計(jì)算值，對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范要求(介于0.7-1.05之間)，殘余應(yīng)變均較小。加載跨的偏載倒實(shí)測(cè)應(yīng)變值與橋跨上加載重量基本成線性關(guān)系，表明結(jié)構(gòu)在線彈性范圍內(nèi)工作。

工況1 (A截面最大正彎矩)的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2-4，工況2(c截面最大正彎矩)的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2-5，工況3(B截面最大負(fù)彎矩)的應(yīng)變測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2-6，

表2-4 工況1(A截面最大正彎矩)A截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值(με)

表2-5 工況2(c截面最大正彎矩)c截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值(με)

表2-6

工況3(B截面最大負(fù)彎矩)B截面應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論值(με):

2-5 靜載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)

工況1 (A截面最大正彎矩)滿載時(shí)，撓度實(shí)測(cè)最大值(6#測(cè)點(diǎn))為5.22 mm，理論計(jì)算值為5.8l innl，相應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)為0.90，相對(duì)殘余變形5.94%;應(yīng)變實(shí)測(cè)最大值(A截面5#測(cè)點(diǎn))為87.Oμε，理論計(jì)算值為96.8με，相應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)為0.90，相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.7%。

工況2 (c截面最大正彎矩)滿載時(shí)，撓度實(shí)測(cè)最大值(14#測(cè)點(diǎn))為6.59 mm，理論計(jì)算值為7.95mm，相應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)為O.83，相對(duì)殘余變形3.34%;應(yīng)變實(shí)測(cè)最大值(c-截面19#測(cè)點(diǎn))為72.0με，理論計(jì)算值為71.0με，相應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)為1.01，相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.6%。

工況3 (B截面最大負(fù)彎矩)滿載時(shí)，應(yīng)變實(shí)測(cè)最大值(B截面ll#測(cè)點(diǎn))為一34.0με，理論計(jì)算值為57.9με，相應(yīng)的校驗(yàn)系數(shù)為0.59，相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.8%。

各工況下滿載時(shí)的最大撓度值的校驗(yàn)系數(shù)均介于方法規(guī)定的O.7-1.05之間或小于0.7(偏安全)，相對(duì)殘余均小于20%，撓度滿足規(guī)范要求，各工況下滿載時(shí)的最大應(yīng)變值的校驗(yàn)系數(shù)均介于方法規(guī)定的O.7-1.05之間或小于0.7(偏安全)，相對(duì)殘余均小于20%，應(yīng)變滿足規(guī)范要求。

3、動(dòng)載試驗(yàn)及其結(jié)果

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)的方法與過(guò)程

本次動(dòng)載試驗(yàn)的具體步驟如下:

在橋面上，使用一輛重量約為350kN的汽車分別以20km/h、30km/h、40km/h的行駛速度進(jìn)行跑車，使橋梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，量測(cè)橋梁的振幅和振動(dòng)頻率，(2)在橋面上，使用一輛重量約為350kN的汽車分別以20km/h、30km/h的速度，行駛至跨中位置緊急剎車使橋梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，量測(cè)橋梁的振幅振動(dòng)頻率，(3)記錄橋梁在環(huán)境自然脈動(dòng)下的振動(dòng)，通過(guò)軟件分析，從而得到橋梁的固有頻率。動(dòng)態(tài)測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置在試驗(yàn)跨的跨中位置，如圖3.1所示。

3-2 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)動(dòng)載測(cè)試的時(shí)域及頻域分析，可得到動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表3-1。使用有限元分析軟件MIDAS/Civil對(duì)該橋進(jìn)行模態(tài)分析計(jì)算，得到的第1階豎彎固有頻率為4.08Hz(圖3.2)，試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為3.91Hz，實(shí)測(cè)值與理論值接近，滿足設(shè)計(jì)要求。跑車和剎車的各項(xiàng)動(dòng)力系數(shù)均在正常范圍。

4、結(jié) 果

根據(jù)本次荷載試驗(yàn)檢測(cè)得到的結(jié)果。得到如下結(jié)論;(1)在靜力荷載作用下，該橋試驗(yàn)跨的剛度與強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)荷載;即“城-A”級(jí)的設(shè)計(jì)要求;(2)自然脈動(dòng)試驗(yàn)所得到的橋梁第一階豎向振動(dòng)的固有頻率大于理論計(jì)算值，橋梁實(shí)際剛度大于設(shè)計(jì)值。自然脈動(dòng)試驗(yàn)和跑車和剎車試驗(yàn)所得到的橋梁豎彎自振特性是一致的，沖擊系數(shù)正常;(3)綜合動(dòng)、靜載試驗(yàn)結(jié)及全橋外觀檢測(cè)結(jié)果，東莞市環(huán)莞快速路(西段)跨廣深高速特大橋各項(xiàng)指標(biāo)均滿足“城-A”級(jí)設(shè)計(jì)要求.技術(shù)狀態(tài)良好，綜合評(píng)價(jià)為A級(jí)橋，可以投入營(yíng)運(yùn)。

5、結(jié)束語(yǔ):

筆者先后主持或參與了幾十座橋梁的荷載試驗(yàn)工作，在實(shí)踐中積累了一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，現(xiàn)將這一大型鋼一砼組合連續(xù)梁彎橋的典型公路橋梁現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)的技術(shù)資料與同仁們共同交流，以期拋磚引玉，共同進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)橋梁建設(shè)發(fā)展。