陳村特大橋荷載試驗測試分析

李捷熙

（廣州市交通工程質量監督站，廣東廣州 510378）

陳村特大橋荷載試驗測試分析

李捷熙

（廣州市交通工程質量監督站，廣東廣州 510378）

結合廣明（廣州市番禺區—佛山市高明區）高速公路陳村特大橋的荷載試驗，測量并分析了荷載作用下控制截面（控制點）的主梁撓度、應變和主塔偏位等，通過各項指標數據的比較分析，論證該橋在力學性能上滿足設計要求。

橋梁；矮塔斜拉橋；荷載試驗；測試分析

矮塔斜拉橋是介于連續梁和斜拉橋之間的一種新型橋梁，近年來在廣東地區的運用越來越廣，它以梁的受彎、受壓和索的受拉來承受豎向荷載，具有受力性能好、跨徑布置靈活、施工難度較低等優勢。廣明（廣州市番禺區—佛山市高明區）高速公路陳村特大橋是廣州地區近年通車的公路橋梁中矮塔斜拉橋的典型代表，為科學地檢驗該新型橋梁結構的強度、剛度和整體性能，評定其施工質量，也為公路橋梁監督檢測積累寶貴經驗，對其進行靜動載試驗。

1　工程概況

陳村特大橋是廣明高速公路的控制性工程，其跨徑在廣州地區的矮塔斜拉橋中名列前茅。該橋位于廣州市番禺區鐘村鎮至佛山市順德區陳村鎮一帶，上跨陳村水道。主橋為（120+218+120）m跨塔梁墩固結體系預應力砼矮塔斜拉橋，橋寬36m，橋型布置見圖1。

圖1　陳村特大橋主橋橋型布置及截面位置示意圖（單位：cm）

主梁截面形式為變高度、斜腹板單箱三室寬幅式脊骨梁截面，兩側懸臂翼緣板寬7.123m，塔梁固結處主梁根部中心梁高H根=6.5m，跨中及邊跨現澆段中心梁高H中=3.5m，梁高按1.8次拋物線變化。箱梁采用C60砼，主塔和主墩墩身采用C50砼。主塔采用獨柱式鋼筋砼矩形截面，塔高31.8 m，塔身截面縱橋向寬度為5m，在距塔根部11.2m處由5m線性變寬至塔根部6.6m，橫橋向保持2.5m等寬。斜拉索采用68對環氧噴涂鋼絞線索，設置為單索面（雙排索），布置在主梁的中央分隔帶處。橋梁按雙向六車道設計，設計荷載等級為公路-Ⅰ級。為了評估該橋的使用性能和承載能力，于2015年2月6—8日對其進行成橋靜動載試驗，試驗主要控制指標見表1。

表1　試驗工況設置

2　靜載試驗

2.1試驗工況與控制截面

靜載試驗的主要測試內容、測試斷面（測試點）及加載方式見表1，其中17#～18#跨跨中處主梁A -A截面為活載最大豎向位移、中跨主梁最大正彎矩的控制截面。各截面的位置見圖1。經方案優化，靜載試驗合并為2種工況進行。

2.2荷載效率

根據《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》（簡稱《試驗方法》）的相關要求，結合該橋的實際情況，靜載試驗荷載主要控制截面（即A-A、B-B和D-D截面）的試驗內力與設計控制內力的比值控制在0.8～1.0，各工況下的荷載效率為0.85～0.96（見表2），均滿足規范要求。

表2　試驗彎矩和試驗荷載效率系數

2.3測點布置

主梁撓度測點沿橋面兩側布置，同時在試驗橋跨兩端無外力干擾的橋面上各布置1個測量基準點，各測點的分布見圖2。采用精密電子水準儀對梁體在各級荷載作用下的撓度變化進行觀測。

A-A、B-B、D-D截面的應變測點均采用沿截面高度布置的方式，其中A-A截面測點布置見圖3。工況1下主塔最大縱向變形測點布置在17#主塔塔頂。

圖2　撓度測點布置示意圖（單位：m）

圖3　A-A截面應變測點布置示意圖

2.4試驗結果分析

試驗結果見表3。試驗工況下位移指標的校驗系數均滿足《試驗方法》的相關要求，而應變指標的校驗系數均低于《試驗方法》所要求的常值范圍0.7～1.05。量測主梁的最大撓度，為84.49mm，未超過設計標準的L/500容許值。試驗工況下各項位移及應變指標的殘余變形系數均小于0.2，滿足《試驗方法》的要求。

表3　靜載試驗結果

3　動載試驗

3.1模態試驗測試結果與分析

橋梁結構的動力特性（如固有頻率、振型、阻尼比等）只與結構本身的固有性質有關，而與荷載等其他條件無關。橋梁結構在大地脈動和周圍環境的各種擾動下會發生相應的振動響應，模態試驗通過在橋梁結構上布置適當數量的加速度傳感器（豎向、橫向、縱向）拾取結構在環境激勵下產生的振動響應信號，然后進行信號采樣、信號放大、分析計算、數據擬合等，測定橋梁結構的相關動力特性，從而實現對橋梁結構抗彎剛度的評定。該橋模態試驗采用東華DH5922動態測試系統，試驗結果采用峰值拾取法進行分析，結果見表4。圖4～5為一階模態的理論計算和實測結果對比。

表4　結構模態參數實測值與理論值

圖4　一階理論計算振型和頻率（f=0.53Hz）

圖5　一階實測振型和頻率（f=0.55Hz，η=0.81%）

由表4可知：結構前二階豎彎模態實測頻率均比理論值高，阻尼比分別為0.81%、0.75%，相對較小，說明結構的整體剛度滿足設計要求，且在小振幅范圍內，結構的阻尼比較低。以上測試結果表明橋梁結構振動特性滿足設計要求。

3.2行車試驗測試結果與分析

結合該橋特點，采用動應變法測量橋梁動力系數。其中無障礙行車試驗利用2臺載重汽車（重約400kN）在橋面上并列行駛，以10～40km/h的速度通過A-A截面所在的動應變測點，測試結構在行車荷載作用下的動力反應。有障礙行車試驗是將高7cm的弓形板作為障礙物放置在A-A截面所在橋面上，模擬橋面的不平整狀態，利用2臺載重汽車（重約400kN）在橋面上并列行駛，以10～40 km/h的速度通過A-A截面所在的動應變測點，測試結構在橋面不良狀態時在行車荷載作用下的動力反應。測試結果見表5。

表5　動載試驗動力系數測試結果

從表5可以看出：在同一車速下，有障礙行車試驗所得動力系數比無障礙行車的大得多，說明汽車在平整度較差的橋面通過對結構較為不利，在橋梁運營中保持橋面平整順暢十分必要。

4　結語

綜上所述，在試驗荷載作用下，陳村特大橋各項主要力學控制指標均基本滿足相關規范及設計要求，表明該橋滿足設計荷載公路-Ⅰ級的要求。荷載試驗所測數據為矮塔斜拉橋這種新型橋梁的結構性能評定、施工質量檢驗提供了科學依據，也為施工和運營期間墩塔梁固結處等重要部位的監控積累了技術數據。

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