預應力連續T 梁靜動載試驗及結構評定

李 輝

(遼寧鐵道職業技術學院鐵道工程系，遼寧錦州 121000)

1 橋梁概況

為了全面檢測預應力連續T梁的強度、剛度和承載能力并進行綜合評定，對該大橋進行靜動載試驗是非常全面而且有效的辦法［1］。全橋孔跨布置為(4×40 m)+(3×40 m)+(3×40 m)+(42 m+70 m+42 m)+(4×40 m)+(4×40 m)，其中(42+70+42)m部分采用預應力混凝土連續梁。橋梁荷載等級為公路Ⅰ級，結構設計安全等級為一級。圖1為連續T梁立面圖。

圖1 連續T梁立面圖（單位：m）

2 數值模擬分析

大橋采用midas civil進行建模計算。首先在修正模型基礎上進行運營荷載組合計算，得到相應最不利斷面，確定實驗和檢測斷面。實驗前計算出各控制斷面的內力影響線以確定加載車輛及如何布置。接下來根據具體的加載方案利用有限元軟件計算得出在荷載作用下各測點的撓度、應變值和橋梁的自振頻率。圖2為橋梁的有限元模型。

圖2 結構有限元模型圖

3 靜載試驗

3.1 測點布置

根據規定［2］，選擇如下項目作為主要加載測試項目:試驗加載截面為1～4截面，具體布置見圖3。

圖3 試驗加載截面布置圖

1)撓度測點。應用全站儀對撓度檢測點進行監測，在第一孔跨中位置共布置6個撓度監測點，位置見圖4。2)應變測點。共布置11個混凝土應變監測點，分別在跨中、L/4截面箱梁內部布置混凝土應變計。具體位置見圖4～圖7。

3.2 靜載試驗加載工況

根據規定［2］，靜力試驗荷載可按控制內力、應力或變位等效原則確定。靜力荷載試驗效率介于0.95～1.05之間。經過等效計算，確定選6輛45 t重車進行加載試驗。經過分析后確定分2個加載工況進行加載。工況一為對跨中截面最大正彎矩對稱加載;工況二為對支點截面最大負彎矩對稱加載。各工況加載效率均在95%以上。試驗過程按照分級控制加載的方式進行加載，采用一次慢速有序方式加載。

圖4 測試斷面1撓度計布置示意圖

圖5 測試斷面1應變傳感器布置示意圖

圖6 測試斷面4應變傳感器布置示意圖

圖7 測試斷面3應變傳感器布置示意圖

3.3 靜載試驗結果分析

靜力荷載試驗結構校驗系數，是試驗荷載作用下測點的實測彈性變位或應變值與相應的理論計算值的比較，見表1。

表1 撓度結果匯總表

可見，在試驗加載滿載下，實測最大撓度為5.21 mm(向下)，卸載后橋跨結構恢復良好。實測撓度分布總體上與理論分布趨勢基本一致，撓度顯著區段的撓度實測值均小于計算值。各工況加載下撓度響應顯著截面的撓度結構校驗系數在0.595～0.740之間，與同類橋梁相比，結構校驗系數分布正常。

由檢測應變結果可知，各工況加載下試驗截面控制部位應力結構校驗系數在0.695～0.929之間。試驗加載中出現的最大實測拉應變(增量)為 61 με，最大壓應變(增量)為 －10 με，應變增量值較小。卸載后應變恢復正常。

4 動載試驗

4.1 脈動試驗測試

本試驗測試跨主線橋孔跨布置為4×40 m預應力T梁，試驗過程中選取一個敏感測點作為固定不動的測點，即參考點。根據本橋特點共計布置4組，每組采樣至少30 min，測試點布置見圖8。

圖8 脈動試驗簡圖

4.2 跑車試驗測試

試驗時加載車以一定的車速勻速行駛于待測橋跨之上，由于加載車在橋上行駛過程中對橋面產生一定沖擊作用，會對橋梁結構激發出受迫振動。因此可以測得在行車條件下的橋梁的振幅響應和沖擊系數。行車試驗以20 km/h，40 km/h不同行車速度通過橋梁，每個車速均進行2次試驗，測試橋梁的振動響應;根據待測橋梁測點，跨中布置測試點，見圖9。

圖9 跑車試驗簡圖

試驗采集數據點采用在連續梁跨中控制截面梁底布置磁力式速度傳感器并采用積分器進行積分，將速度信號轉換成動撓度，并采集行車過程當中各個測點的動態應變位波形曲線。

4.3 制動試驗測試

制動試驗使用靜載測試的加載汽車，分別以20 km/h，40 km/h的速度進行剎車，剎車位置定在控制截面位置，剎車后車輛媳火，待數據采集波形衰減結束，方可駛出橋面。測試點的具體布置同行車試驗。

4.4 自振特性測試結果

根據規范中的公式［3］及建模計算，得到預應力連續T梁的豎向理論基頻為2.39 Hz，沖擊系數為0.138。圖10為經midas civil理論分析得到預應力連續T梁的一階振動理論振型圖。

同時進行隨機脈動信號的采集，由于測試過程中，儀器存在零漂以及外界的干擾，分析時對信號作了高低通濾波處理。通過對脈動影響信號作FFT分析，得各測點的位移功率譜。進一步進行寬帶隨機響應的互相關分析，做出跨中的豎向振動的自互功率譜，從而識別得到預應力連續T梁的實測豎向基頻為3.13 Hz，實測阻尼比為0.005 95。

圖10 預應力連續T梁—階理論振型圖

4.5 動力響應測試結果

強迫振動試驗條件下，測試結果列于圖11～圖13。

圖11 跑車試驗下跨中豎向撓度時程曲線20 km/h

圖12 跑車試驗下跨中豎向撓度時程曲線40 km/h

圖13 剎車時跨中豎向振動時程曲線

跑車試驗條件下，各種車速下橋梁結構主頻幾乎沒有變化，且就整個大橋來說，由于大橋跨度較大，橋梁的主振型是3.0 Hz以內的低階振動，橋梁的受迫振動振幅處于較低的水平。

5 結語

通過對預應力連續T梁靜動載試驗研究與狀態評估可得到如下結論:1)在靜載試驗作用下，撓度實測值與計算值的變化規律一致，并且校驗系數在0.595～0.740之間，說明結構的實際剛度大于計算剛度，滿足設計要求。2)在靜載試驗作用下，應變實測值與計算值的變化規律一致，并且校驗系數在0.695～0.929之間，說明結構的實際強度大于計算強度，結構具有足夠應力儲備。3)實測橋梁模態振型結果和計算結果有很好的吻合性，且橋梁自振實測值略大于計算值表明結構剛度較大，說明橋跨剛度滿足設計要求。4)實測阻尼比分布在0.01～0.1之間，在合理的范圍之內。5)試驗過程以不同的車速跑車、剎車作用時，沒有發現動應變急劇增加并在相當長的一段時間內保持很大數值的現象，說明橋面總體較平順。

［1］交通部公路科學研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗方法［M］.北京:人民交通出版社，1982.

［2］交通運輸部公路科學研究院.公路橋梁承載能力評定規程［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］中交公路規劃設計院.公路橋涵設計通用規范［M］.北京: 人民交通出版社，2004.