多跨連續(xù)梁橋荷載試驗及承載力評價研究

張小川（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原　030024）

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多跨連續(xù)梁橋荷載試驗及承載力評價研究

張小川
（中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，太原030024）

摘要：隨著城市的快速發(fā)展，橋梁在緩解城市交通壓力上起到了重要作用，橋梁建設(shè)過程，考慮到后期橋梁荷載的需求，需要對橋梁進(jìn)行荷載實驗與承載力評價，使橋梁設(shè)計符合實際要求。本文以某城市立交七跨連續(xù)梁橋為例，對其進(jìn)行荷載實驗與橋梁承載力評價研究，為橋梁建設(shè)施工提供一些有益參考。

關(guān)鍵詞：多跨連續(xù)梁橋；荷載實驗；承載力評價

0　引言

橋梁結(jié)構(gòu)荷載實驗與承載力評價過程是橋梁建設(shè)中的一項關(guān)鍵工作，目的是通過該實驗，了解橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力以及后期的運營質(zhì)量，具體實驗中，利用靜載實驗來測試橋梁的承載能力，以保證橋梁的可靠與安全，動載實驗確定橋梁的動力特性，獲得橋梁運營狀況與承載力相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

1　工程概況

某城市立交橋全新總廠為746.15m，主橋采取V形墩連續(xù)結(jié)構(gòu)，其他跨徑使用預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，連續(xù)梁橋的成橋荷載實驗為本次實驗的主要內(nèi)容，該段連續(xù)橋梁上部采用單箱雙室的箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.82m、橋面寬19m，底板寬12米，后23cm，腹板厚度為45cm，橋梁荷載等級劃分為A級橋梁。

2　實驗方案

布置測點。

（1）靜載實驗。靜載實驗中，安裝的測試點具體分布在橋梁的邊跨位置以及橋梁側(cè)邊跨位置，主要用來測量橋梁的撓度與應(yīng)變大小，其中應(yīng)變測試點的安裝位置主要位于橋梁的邊跨跨中位置（A-A、B-B）與11#（C-C）截面，跨中位置底部各安裝6個正應(yīng)變測點，而C-C截面安裝了3個正應(yīng)變測點與3個剪應(yīng)變測點，共計15個正應(yīng)變測點與3個剪應(yīng)變測點。撓度布置了9個測點，分別位于10#、11#、12#各一個，邊跨與次邊跨各2個，距11#的1/4橫截面各1個。撓度與應(yīng)變測點安裝情況如圖1所示。

（2）動載實驗。動載實驗設(shè)計主要是獲取橋梁的動力特性，實驗中使用的測試工具為重量30t的車輛，并在橋梁的相應(yīng)位置安裝有速度傳感器與動態(tài)應(yīng)變片測點，測試過程中，車輛以勻速狀態(tài)行駛，位于橋梁不同位置的3個速度傳感器與5個動態(tài)應(yīng)變側(cè)片用來測量運行過程中速度與橋梁動力特性的變化。速度傳感器分別放置在橋梁邊跨跨中位置、邊跨1/4以及次邊跨跨中位置；而動態(tài)應(yīng)變片分別放置在箱梁底板邊跨與次邊跨的跨中位置。

3　實驗結(jié)果分析

3.1靜載實驗結(jié)果

（1）撓度測試結(jié)果。通過安裝測試點，得出橋梁的撓度等級與理論數(shù)值情況，實際測量得出橋梁的撓度指大小為2.79mm，而理論計算得出的值為3.17mm，兩者相差不大。實測結(jié)果還顯示，橋梁的荷載系數(shù)在0.77～0.9區(qū)間，這滿足理論設(shè)計0.7～1.0的校驗系數(shù)要求，表示橋梁承載力達(dá)到設(shè)計要求；測量過程中，利用感應(yīng)點獲得兩個相應(yīng)橋跨之間的校驗系數(shù)為0.5～0.6，小于設(shè)計規(guī)定，這個實驗結(jié)果的產(chǎn)生可能是由于量相連測量點的距離較大，并不是位于撓度控制點范圍，實測數(shù)據(jù)必然會出現(xiàn)偏低、誤差過大的情況，使得校驗系數(shù)與規(guī)定相差較大。（2）應(yīng)變測試結(jié)果。邊跨跨中最大正彎矩在車輛荷載的作用下，測出A-A橫截面的最大正應(yīng)力為1.507MPa，各測點的校驗系數(shù)也位于0.5～0.9區(qū)間，滿足預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁校驗系數(shù)0.6～0.9的要求。B-B截面最大正應(yīng)力為1.302MPa，各測點校驗系數(shù)在0.5～0.9區(qū)間，也符合預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁校驗系數(shù)要求。支點的剪力在荷載的作用下，實際測量得出C-C截面最大剪力為0.634MPa，理論計算值為1.20MPa。橋梁邊跨的跨中位置在車輛的作用下，測試到應(yīng)力最大值為1.642MPa，校驗系數(shù)與應(yīng)變系數(shù)均小于9%，橋梁邊跨跨中位置的橫向應(yīng)變系數(shù)在1.05～1.17區(qū)間范圍內(nèi)，滿足荷載系數(shù)1.15的要求。（3） 連續(xù)梁承載力評價。由撓度測試結(jié)果可以看出，車輛加載橋梁撓度校驗系數(shù)位于0.8～0.9之間，而無車輛加載情況下?lián)隙刃ｒ炏禂?shù)在0.5～0.6之間，計算主梁邊跨跨中最大撓度：主梁邊跨跨中最大撓度理論值大小為：，實測撓度值為，規(guī)范限制值，說明最大撓度符合設(shè)計要求。在具體實驗中，并沒有發(fā)現(xiàn)橋梁出現(xiàn)破損或者裂縫的情況，因此該實驗結(jié)果滿足預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在荷載加壓情況不出現(xiàn)裂縫的要求。

3.2動載實驗結(jié)果

（1）結(jié)構(gòu)動力特性。實驗中使用汽車進(jìn)行無障礙勻速形式，分析速度傳感器與動態(tài)應(yīng)變片的測點頻率與影響情況，結(jié)果分析中，利用有限元軟件構(gòu)建Beam4單元，將全橋拆分為210各單元，利用模態(tài)分析的方法，通過實測曲線與有限元分析結(jié)果能夠得出，橋梁結(jié)果的基頻為3.1738Hz，有限元橋梁的基頻數(shù)值為2.932Hz，實測基頻與理論基頻的比例為0.932。而且實際測量得出橋梁的二階頻率為4.834Hz，而理論計算的頻率為4.413Hz，可以發(fā)現(xiàn)實測頻率大于理論頻率，說明橋梁結(jié)構(gòu)的剛性強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實際值。（2）沖擊系數(shù)分析。動載實驗中，通過收集速度傳感器來獲得車輛行駛速度以及車輛行駛過程中次邊跨跨中的動態(tài)應(yīng)變量數(shù)值大小，形成速度與動態(tài)應(yīng)變值關(guān)系曲線，并根據(jù)車輛最大靜應(yīng)變計算量，得出測試結(jié)果，車輛的速度逐漸加快，單車對橋梁的沖擊系數(shù)呈不穩(wěn)定上升趨勢。數(shù)值模擬車輛沖擊系數(shù)中，車輛分別行駛在光滑與摩擦力不同的路面上，能夠得出沖擊系數(shù)與車輛行駛環(huán)境的關(guān)系，沖擊系數(shù)的數(shù)值隨著橋面狀況不斷變差而呈現(xiàn)逐步上升趨勢，得出橋梁路況對沖擊系數(shù)的影響及其顯著，本實驗中，測得摩擦力與路面狀況最差的B級路面，沖擊系數(shù)在1.12～1.18之間，對比國際規(guī)定的橋梁最大沖擊系數(shù)1.188而言，本次測試橋梁沖擊系數(shù)符合要求。

4　結(jié)語

通過橋梁靜載實驗與動載實驗，分析撓度測試、應(yīng)力結(jié)果、結(jié)構(gòu)動力特性及沖擊系數(shù)分析，得出以下結(jié)論：實測偏載系數(shù)小于理論值，設(shè)計符合實際荷載要求；本實驗中，所有校驗系數(shù)均保持在0.5～1，且實驗卸載完成后，橋梁的撓度與應(yīng)變恢復(fù)良好，說明橋梁一直處于彈性工作狀態(tài)。實測基頻比理論基頻大，說明橋梁的剛性強(qiáng)度比理論計算大。同時，實測沖擊系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，表明橋梁的平整度良好，橋梁沖擊滿足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］許莉，祁皚.多跨混凝土連續(xù)梁橋隔震措施研究［J］.橋梁建設(shè)，2014（02），32-37.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.106

作者簡介：張小川（1988-），男，四川內(nèi)江人，本科，助理工程師，研究方向：橋梁工程，主要從事路橋現(xiàn)場施工工作。