橋梁受力性能測試研究

鄒士秀 丁文勝,2

(1.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200082； 2.上海應用技術學院城市建設與安全工程學院，上海 201418)

?

橋梁受力性能測試研究

鄒士秀1丁文勝1,2

(1.上海理工大學環境與建筑學院，上海 200082； 2.上海應用技術學院城市建設與安全工程學院，上海 201418)

選取廈門市正在服役期間的中承式提籃鋼拱橋五緣大橋為研究對象，結合現場荷載試驗，對橋梁結構進行了各種荷載下的振動響應分析，并評定了橋梁結構的安全性能，得出了一些有意義的結論。

橋梁結構，靜載試驗，自振特性，承載能力

1 概述

近些年來，隨著橋梁事業的逐步攀升，橋梁結構受力性能檢測實驗也不斷得到提升和完善，目前我們主要采用橋梁荷載試驗來對結構工作狀態進行整體檢測評定。先進一些可達到自動采集測試數據、自動分析處理結果以及整個試驗實現自動化全過程[1]。從一定程度上來說，橋梁檢測技術作為工程系統的一個基礎性和創新型研究方向，受到了國內外眾多學者的密切關注；特別是借助于現代檢測手段中的橋梁無損檢測技術，代表了橋梁檢測技術當前的發展趨勢[2]，同時也代表了橋梁健康監測這一大型智能型決策系統設計的關鍵組成部分。

需要進行檢測的橋梁結構的原因很多，檢測的橋梁類型也各不相同。鋼箱提籃系桿拱橋在我國的發展速度相對較快，提籃拱比常見的上承式拱面外穩定性大得多[3]，由于拱橋結構的受力特點和施工工藝等受多方面原因的影響，為了保證橋梁能夠在使用年限內安全正常運營，就需要對其加強日常養護管理和定期檢查工作，達到能提前預防破壞的目的[4-7]。

實踐證明很多橋梁檢測方法中，橋梁荷載試驗是對橋梁結構承載力評價最有效、最直接和最有說服力的方法[8-11]，同時也為橋梁設計理論和施工技術的進一步發展積累了經驗，使得橋梁建設的總體水平提升到更高一水平；為橋梁結構的竣工驗收和維修養護提供科學的數據資料，對五緣大橋進行靜動載試驗和承載能力評定，評估該橋承載能力是否滿足公路—Ⅰ級主干路荷載等級要求。

2 工程實際案例對比分析

2.1 工程概況

五緣大橋(鐘宅灣大橋)位于廈門市環島東北部內湖出海口。五緣大橋主橋全長324 m，總寬度2×17=34 m，為三跨中承式鋼—混凝土組合梁和鋼拱肋提籃拱橋。主橋吊索區主梁為簡支連續體系，兩端支撐在主拱橫梁(ZGHL2)上，邊跨主梁與邊拱肋和拱上立柱固結，邊跨主梁與主橋主梁在主拱橫梁(ZGHL2)上通過設置一道伸縮縫(伸縮量為160 mm)相接。

五緣大橋平面布置圖如圖1所示。

2.2 靜載試驗

根據結構受力特性，通過靜載試驗對五緣大橋主橋結構的主要受力控制截面下應變情況進行試驗檢測。根據橋跨結構受力特點和外觀檢測結果，選擇五緣大橋主橋中拱拱腳截面、中拱拱頂截面、中拱L/4拱肋截面、主橋主梁跨中截面、主橋主梁L/4截面5個主要控制截面為檢驗對象，通過5個試驗工況進行檢驗。具體測試內容和工況見表1。

表1 試驗測試內容

測點布置：主橋拱肋和主梁主要控制截面的應變測點，每個截面4個測點。

2.3 自振特性試驗

通過自振特性實驗可以測定橋梁結構在各種荷載作用下的振動響應，進而測試自振頻率和基本振型，以此來分析橋梁結構自振特性情況。

量測系統：試驗選用儀器配套如圖2所示；在試驗前，要求對全套系統進行標定檢查。

右側1號吊桿、3號吊桿、10號吊桿、17號吊桿、19號吊桿的索力測試結果見表2。

表2 五緣大橋索力分析表

3 動載試驗結果

自振特性試驗結果與分析。

表3 各階自振頻率及振型

自振特性試驗結果表明，五緣大橋實測豎向1階自振頻率為0.78 Hz，大于理論計算值0.55 Hz，實測振型與理論計算振型一致；豎向2階自振頻率為1.27 Hz，大于理論計算值0.93 Hz，實測振型與理論計算振型一致；橫向1階自振頻率為1.25 Hz，大于理論計算值0.53 Hz，實測振型與理論計算振型一致。可見實測的前幾階結構自振頻率均大于理論計算頻率，說明結構的整體剛度大于設計預期剛度。

按D=∑αjDj計算確定該橋承載能力檢算系數評定標度D。

經過計算，該橋承載能力檢算系數評定標度D=1.70，可只進行鋼筋混凝土梁承載能力極限狀態抗彎驗算(見表4)，計算結果取受力最不利位置處的內力，即：

γ0S≤R(fd,ξc,adc,ξs,ads)Z1(1-ξe)。

各參數意義見JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程。五緣大橋的承載能力極限狀態受彎荷載效應基本組合計算結果如圖3所示，主拱拱腳和主梁跨中截面抗彎承載能力檢算結果見表5，五緣大橋拱梁應力檢算見表6。

表5 橋梁拱腳和主梁跨中抗彎承載能力檢算

kN·m

表6 五緣大橋拱梁應力檢算 MPa

檢測結果表明：在承載能力極限狀態荷載基本組合下，五緣大橋主拱及主梁滿足承載力以及應力檢算要求，該橋承載能力目前能滿足公路—Ⅰ級荷載要求。

[1] 謝開仲,曾悼信,王曉燕.橋梁工程檢測技術研究[J].廣西大學學報(自然科學版)，2003(28)：208-211.

[2] DL/T 5085—1999，鋼—混凝土組合結構設計規程[S].

[3] 柳 卓.橋梁混凝土受彎構件可加固性分析[J].公路與汽運，2010(3)：153-156.

[4] 章日凱,王常青.橋梁荷載試驗[J].公路工程與運輸，2005(12)：69-72.

[5] 劉思孟,劉國金,周建庭.基于內力控制兼顧撓度荷載效率的橋梁荷載試驗布載方法研究[J].重慶交通學院學報,2005,24(1):16-18.

[6] 楊春俠,楊偉軍,張建仁.基于驗證荷載法的橋梁荷載試驗失效風險分析[J].長沙交通學院學報,2004,20(2):25-29.

[7] LeroyE. GPS Real Time Leveling on the World’s Longest Suspension Bridge[J].GIM Magazine,1995(8):6-8.

[8] Duff K，Hyzak M.Structural Monitoring with GPS[J].Public Roads Magazine，1997,60(4):39.

[9] 諶潤水,胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京：人民交通出版社，2003：12-23.

[10] 李桂華,許土斌,吳曉援，等.大型橋梁動力特性檢測方法[J].應用力學學報，1996,13(1)：48-52.

[11] 孟少平,楊 睿,王景全.一類精確考慮抗彎剛度影響的系桿拱橋索力測量新公式[J].公路交通科技,2008,6(25)：87-98.

Research on bridge performance test

Zou Shixiu1Ding Wensheng1,2

(1.School of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200082, China；2.School of Urban Construction and Safety Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418， China)

Taking the half-through bucket arch bridge in service of Xiamen as the research object, the paper undertakes the vibration-response analysis under various loads by combining with the site loading tests, evaluates the safety performance of the bridge structures, and achieves some meaningful conclusions.

bridge structure, static loading test, self-vibration feature, loading capacity

1009-6825(2017)08-0157-03

2017-01-04

鄒士秀(1989- ),男，在讀碩士; 丁文勝(1972- ),男，博士，教授

U441

A