基于動靜載試驗(yàn)的某大跨徑斜拉橋的性能評價

任洪飛 徐亮

摘 要：依據(jù)橋梁設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范以及橋梁荷載試驗(yàn)要求，對某斜拉橋進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過分析橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、位移等試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)，對該橋結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)行評價。試驗(yàn)結(jié)果表明：該橋承載能力和工作性能滿足規(guī)范要求，具備通車使用條件。為同類大跨徑斜拉橋的檢測提供參考。

關(guān)鍵詞：斜拉橋 靜載試驗(yàn) 動載試驗(yàn)

中圖分類號：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0049-02

1 工程概況

某針形獨(dú)塔空間異型索面斜拉橋全長268 m，主梁采用鋼箱梁+混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。該橋主橋?yàn)獒樞为?dú)塔空間異型索面斜拉橋，由錨固跨和主跨組成，錨固跨分為錨跨和輔跨，主跨分主孔和輔助孔。上部結(jié)構(gòu)主跨采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，錨固跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，鋼箱梁總長208 m，混凝土箱梁總長60 m。鋼箱梁為上下行分幅布置，兩幅箱梁間設(shè)有箱型鋼橫梁，縱向間距為12 m。鋼箱梁采用單箱三室斷面，頂寬16.5 m，底寬11.5 m。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁錨跨、輔跨分別采用單、雙箱多室變寬斷面，寬度為35.5 m～45.102 m。鋼-混凝土結(jié)合段采用承壓板方案。該橋設(shè)計(jì)荷載等級為公路-I級，人群荷載2.875 kN/m2，設(shè)計(jì)車速為40 km/h。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)原則和準(zhǔn)備

靜載試驗(yàn)是在橋面上用加載試驗(yàn)車輛來模擬設(shè)計(jì)荷載檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求的一種試驗(yàn)方法[1]。該試驗(yàn)在橋梁結(jié)構(gòu)和環(huán)境溫度相對穩(wěn)定的時間段內(nèi)采用分級加載的方法進(jìn)行。試驗(yàn)過程中，對所測斷面的變化情況須連續(xù)觀察并實(shí)時繪制撓度和應(yīng)變變化較大的測點(diǎn)的應(yīng)變與荷載的關(guān)系曲線，發(fā)現(xiàn)問題及時停止加載，確保橋梁結(jié)構(gòu)處在一個可控的狀態(tài)。

試驗(yàn)荷載的理論計(jì)算采用Midas Civil橋梁計(jì)算軟件建立空間整體模型進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)計(jì)算出的靜力試驗(yàn)荷載效率及控制斷面的設(shè)計(jì)彎矩值并考慮加載車輛的特性，此次試驗(yàn)采用16輛四軸載重貨車，試驗(yàn)車的軸距、輪距和軸重為中后軸距135 cm；前中軸距380 cm；后輪距190 cm；前軸重11 t；中后軸重26 t。

2.2 測點(diǎn)和加載載位的布置

對橋梁各個橋墩由南向北編號分別為1#～5#，所布置的監(jiān)測點(diǎn)位置為1-1和1？1⒔孛娣直鵓？#橋墩中心線55.07 m和 65.50 m， 2-2截面距3#橋墩中心線2.75 m、3-3截面距5#橋墩中心線4.95 m。各斷面加載載位具體如下：1-1、1？1⒍廈婕釉卦匚磺榭鑫蠓煞腔檔雷蟊咴迪蚧檔婪較蠆莢？距離6#墩47.2 m位置由南向北分3排布載，車輛臺數(shù)依次為2、3、3，間距為16.8 m；右幅布載情況為以中央分隔帶為中心線與左幅對稱布載。2-2斷面加載載位情況：左幅由非機(jī)動車道左邊緣向機(jī)動車道方向布載，距離5#墩33.2 m處由南向北分4排布載，車輛臺數(shù)為3、3、3、3，間距為10.95 m；右幅有機(jī)動車道右邊緣向中央分隔帶布載，距離5#墩33.2 m+10.95 m處由南向北分2排布載，車輛臺數(shù)為2、2，間距為10.95 m。3-3斷面加載載位情況：距離3#墩14.95 m由北向南采用車尾相接的方式布載，后軸距相距6.7 m，左幅由機(jī)動車道右邊緣向中央分隔帶方向布載，車輛臺數(shù)2、2；右幅布載情況是以中央分隔帶為中心線與左幅布載對稱。

2.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

在主梁主跨和錨固跨最大彎矩截面的試驗(yàn)荷載作用下把實(shí)際荷載彈性變位值和理論變位值的比值作為各測點(diǎn)的效應(yīng)系數(shù)。用卸載后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時的實(shí)測值和加載后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時的實(shí)測值的比值（相對殘余變形）來檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力，一般要求該值不大于20%。對最大彎矩截面的撓度進(jìn)行測量并和理論計(jì)算值進(jìn)行比較來檢驗(yàn)橋梁的剛度和整體變形協(xié)調(diào)性是否滿足要求。通過計(jì)算和分析主橋主跨鋼箱梁和錨固跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)、撓度校驗(yàn)系數(shù)、應(yīng)變及撓度相對殘余變形均滿足規(guī)范要求并且錨固跨預(yù)應(yīng)力箱梁梁底混凝土未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，滿足全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不允許開裂的設(shè)計(jì)要求。

3 動載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)原則和方法

在移動車輛荷載和最大靜態(tài)應(yīng)力共同作用下，橋梁結(jié)構(gòu)將處于最不利狀態(tài)[4]。橋梁動載試驗(yàn)是依據(jù)不同車速駛過平整橋面時測得的橋跨主梁的動應(yīng)變、動撓度及沖擊系數(shù)對橋梁的抗沖擊性能進(jìn)行評價。此次試驗(yàn)選取主跨最大撓度斷面及錨固跨產(chǎn)生最大正彎矩斷面進(jìn)行動應(yīng)變、動撓度測試；在1#墩位置梁底布置水平向位移計(jì)，測試主跨主梁在動荷載剎車作用下梁端最大縱向位移量。測試斷面分別為1？1ⅰ？-3。

動應(yīng)變、動撓度采用電阻測量方法。其原理是將所測段面的應(yīng)變、撓度的變化轉(zhuǎn)變成電阻的變化，然后由動態(tài)采集儀進(jìn)行測量。采集儀器采用DH3817型動靜態(tài)高速數(shù)據(jù)采集儀。動載試驗(yàn)時，兩輛重約38 t四軸貨車以10～40 km/h的速度勻速駛過橋面，記錄所有動態(tài)測點(diǎn)的應(yīng)變、撓度時程信號。

3.2 動載試驗(yàn)結(jié)果分析

兩輛重車以10～40 km/h的車速勻速駛過橋面，測得以不同車速行駛時各測點(diǎn)動應(yīng)變時程曲線和動撓度時程曲線，通過對時程曲線進(jìn)行分析，得到各測試斷面測點(diǎn)實(shí)測最大動應(yīng)變、最大動撓度及相應(yīng)沖擊系數(shù)。由于篇幅所限，僅列出1？1⒍廈嬖誄盜？0km/h下的曲線圖，如圖1、圖2所示。

通過對1？1ⅰ？-3斷面應(yīng)變、撓度動態(tài)時程曲線分析，可以得到各測試斷面測點(diǎn)實(shí)測最大動應(yīng)變、最大動撓度，根據(jù)公式（1）計(jì)算相應(yīng)沖擊系數(shù)μ 如表1所示。

（1）

由表1可知，主跨1？1⒍廈嬗墑?chuàng)踱秱蛉和鼎变时程沁得到的冲火嫷省釉x礎(chǔ)豆非藕杓仆ㄓ霉娣丁罰↗TG D60-2004）規(guī)定所計(jì)算的沖擊系數(shù)0.050；由于錨固跨跨徑小，結(jié)構(gòu)剛度大，實(shí)測3-3截面沖擊系數(shù)值偏大符合橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。根據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（征求意見稿）規(guī)定，沖擊系數(shù)的計(jì)算優(yōu)先采用動撓度信號計(jì)算，由實(shí)測動撓度信號計(jì)算分析得到主跨及錨固跨最大實(shí)測沖擊系數(shù)為0.015和0.054，實(shí)測值基本符合《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）規(guī)定所計(jì)算的沖擊系數(shù)0.050。車輛剎車瞬間，主梁梁端最大縱向位移為0.42 mm，主梁梁端未見明顯滑移現(xiàn)象。

4 結(jié)語

該文對針形獨(dú)塔空間異型索面斜拉橋的動、靜載試驗(yàn)的方法和過程進(jìn)行了介紹，并進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了相關(guān)效應(yīng)系數(shù)、相對殘余變形、在不同速度下的撓度和應(yīng)變沖擊系數(shù)以及剎車瞬間狀態(tài)下梁端的位移情況。試驗(yàn)結(jié)果表明該橋梁各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求，該橋的承載能力和工作性能滿足設(shè)計(jì)荷載和使用要求。

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