不對(duì)稱跨徑的連續(xù)梁橋靜動(dòng)載試驗(yàn)研究

湯崇菊，鄧 磊

(1．云南第二公路橋梁工程有限公司，云南昆明 650205;2．江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌 330038)

1 工程概述

某大橋主橋橋跨布置采用(43+3×76+106+136+76)m三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁［1］。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬18.340 m，底板寬7.000～10.056 m;136 m與106 m主跨根部中心梁高8.5 m，76.0 m副跨根部中心梁高5.2 m，跨中中心梁高3.0 m;梁底曲線按1.8次拋物線變化;主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用C55混凝土。該橋設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)。橋面橫向分布:2.85 m(人行道)+3.5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+24 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+2.85 m(人行道)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)

結(jié)構(gòu)理論分析建模要點(diǎn)如下:①計(jì)算中采用空間實(shí)體單元模擬主梁及橫隔板受力，考慮試驗(yàn)荷載下主梁剪力滯、扭轉(zhuǎn)及局部翹曲，使計(jì)算結(jié)果更接近橋梁實(shí)際受力情況;②考慮橋面混凝土鋪裝參與結(jié)構(gòu)活載受力;③動(dòng)力計(jì)算中考慮二期恒載的影響［2-4］。

2.2 測試內(nèi)容與方法

根據(jù)理論分析結(jié)果，試驗(yàn)跨選擇25#～29#墩(76 m，106 m，136 m，76 m)進(jìn)行試驗(yàn)。在主梁各彎矩測試截面(B～I(xiàn)截面)箱內(nèi)底板上緣布置6個(gè)縱橋向應(yīng)變測點(diǎn);B，D，E，H，I截面偏載側(cè)腹板沿梁高等分布置4個(gè)縱橋向混凝土應(yīng)變測點(diǎn);C，F(xiàn)截面偏載側(cè)腹板沿梁高等分布置4個(gè)主應(yīng)力測點(diǎn);A截面偏載側(cè)腹板布置2個(gè)剪應(yīng)力測點(diǎn)。B，D，E，H，I截面橋面布置3個(gè)撓度測點(diǎn)，除各跨控制斷面布置撓度測點(diǎn)外，在邊跨76 m及主跨136 m偏載側(cè)人行道內(nèi)側(cè)橋面上測試撓度曲線［5］。

選擇各試驗(yàn)跨L/2截面、邊跨(76 m)L/4截面、主跨(136 m)L/4截面及L/3截面布置動(dòng)載試驗(yàn)測點(diǎn)，見圖1。

圖1 大橋靜動(dòng)載試驗(yàn)測試斷面及測點(diǎn)布置示意(單位:m)

2.3 試驗(yàn)加載

通過計(jì)算分析，進(jìn)行如下靜載加載試驗(yàn):①邊跨(76 m跨)B-B斷面最大正彎矩;②主跨(136 m跨)E-E斷面最大正彎矩;③中跨(106 m跨)H-H斷面最大正彎矩;④中跨(76 m跨)I-I斷面最大正彎矩;⑤主跨(136 m跨)3L/4截面(D-D斷面)正彎矩;⑥邊支點(diǎn)A-A斷面最大剪力;⑦近邊跨墩頂(76 m跨與136 m跨間)C-C斷面最大負(fù)彎矩;⑧中墩頂(136 m跨與106 m跨間)F-F斷面最大負(fù)彎矩。靜載試驗(yàn)加載典型車位圖如圖2所示［6］。

圖2 工況3加載車位(典型車位圖，單位:m)

動(dòng)載試驗(yàn)采用2輛重車進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

各工況下主梁應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.63～0.71范圍內(nèi)，主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.60～0.62范圍內(nèi)，均滿足規(guī)范的要求［2，5，7］。偏載試驗(yàn)下，根據(jù)實(shí)測撓度計(jì)算試驗(yàn)橋偏載系數(shù)在1.02～1.06，表明實(shí)際結(jié)構(gòu)主跨的抗扭剛度大［5，8］。表1列出了控制斷面的加載效率、撓度、應(yīng)力及校驗(yàn)系數(shù)。

圖3，圖4顯示橋梁撓度縱向變化曲線線形較好，表明橋梁在試驗(yàn)加載下縱橋向變化規(guī)律正常。

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果分析

圖5為數(shù)值模擬下沖擊系數(shù)隨車速的變化關(guān)系［9］。不同車速下的實(shí)測沖擊系數(shù)見表2，數(shù)值模擬不同橋面等級(jí)的沖擊系數(shù)見表3。從表2和表3可知，該橋在車速10～50 km/h時(shí)實(shí)測沖擊系數(shù)為1.018～1.088，該橋橋面等級(jí)為A級(jí)以上，屬較好狀態(tài)。

表1 控制斷面的加載效率、撓度、應(yīng)力及校驗(yàn)系數(shù)

圖3 工況3偏載下實(shí)測橋梁撓度縱向變化曲線

圖4 工況4偏載下實(shí)測橋梁撓度縱向變化曲線

圖5 數(shù)值模擬下沖擊系數(shù)隨車速的變化曲線

表2 實(shí)測沖擊系數(shù)

表3 數(shù)值模擬不同橋面等級(jí)的沖擊系數(shù)

表4為各階實(shí)測振動(dòng)頻率與理論值的對(duì)比。由表4可知，實(shí)測振動(dòng)頻率與其理論值的比值在1.15～1.31之間，說明主橋豎向整體抗彎剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并有一定的安全儲(chǔ)備。實(shí)測各階振動(dòng)頻率的阻尼比為0.006 5～0.023 0，表明橋梁試驗(yàn)跨段無明顯重大病害出現(xiàn)［5-6］。

表4 各階實(shí)測振動(dòng)頻率與理論值對(duì)比

4 試驗(yàn)結(jié)論

1)靜載試驗(yàn)結(jié)果表明:在試驗(yàn)荷載下，各試驗(yàn)跨變形平順、光滑，說明不等跨變截面連續(xù)梁在荷載作用下受力、變形協(xié)調(diào)一致。橋跨結(jié)構(gòu)偏載系數(shù)在1.02～1.06之間，表明實(shí)際結(jié)構(gòu)主梁的箱形截面抗扭能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)時(shí)偏載系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值1.15偏大，目前箱形橋梁設(shè)計(jì)偏保守，建議以后類似橋梁設(shè)計(jì)時(shí)偏載系數(shù)采用試驗(yàn)值。

2)動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)際橋梁的整體剛度好于理論預(yù)期，結(jié)構(gòu)各階振動(dòng)屬小阻尼振動(dòng)。實(shí)測結(jié)構(gòu)的整體抗扭能力好于抗彎能力。該橋在車速10～50 km/h時(shí)實(shí)測沖擊系數(shù)為1.018～1.088，該橋橋面等級(jí)為A級(jí)以上，屬較好狀態(tài)。

［1］江西省交通工程質(zhì)量檢測中心．贛州市貢江大橋靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測報(bào)告［R］．南昌:江西省交通工程質(zhì)量檢測中心，2012．

［2］交通部公路科學(xué)研究院．大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法［Z］．北京:交通部公路科學(xué)研究院，1982．

［3］章關(guān)永．橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)［M］．北京:人民交通出版社，2002．

［4］諶潤水，胡釗芳．公路橋梁荷載試驗(yàn)［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［5］伍建強(qiáng)，張志勇，林汀，等．Y型塔雙索面斜拉懸臂組合結(jié)構(gòu)橋力學(xué)性能試驗(yàn)研究［J］．鐵道建筑，2012(9):19-22．

［6］萬衛(wèi)紅，伍建強(qiáng)，林汀，等．斜塔斜拉—梁拱組合結(jié)構(gòu)橋力學(xué)性能試驗(yàn)研究［J］．鐵道建筑，2012(8):22-25．

［7］宋一凡，賀栓海．公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定［M］．北京:人民交通出版社，2002．

［8］陸軍．預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋偏載系數(shù)研究［J］．現(xiàn)代交通技術(shù)，2011(3):23-25．

［9］王德山．多跨連續(xù)梁橋荷載試驗(yàn)及承載力評(píng)價(jià)研究［J］．中外公路，2012(3):121-125．