16 m預應力空心板梁橋動靜載試驗實例探討

馬天穎 徐郁峰

(華南理工大學，廣東 廣州 510641)

1 工程概況

海豐橋位于海豐路，全橋的跨徑布置形式為5×16 m。該橋分左右兩幅，橋面單幅寬度為15.0 m，單幅橫向布置12片空心板梁。上部結構為預制空心板梁，下部結構為樁柱式橋墩和重力式橋臺。橫向布置為3 m(人行道)+11.5 m(機動車道)+0.5 m(欄桿)。橋梁的設計標準是：公路Ⅰ級汽車荷載，3.5 kPa人群荷載。

2 靜載試驗

所謂靜載試驗是根據橋梁結構和指定的試驗方案進行試驗。試驗時根據前期制定的荷載方案將該荷載作用到對象上，現場記錄位移、應變、裂縫數據，隨后根據相應規范來判斷橋梁結構的實際運行狀態[1]。

2.1 試驗荷載方案

使用單梁法進行計算，通過Midas Civil建立橋梁有限元模型，隨后通過橋梁博士計算空心板梁的橫向分布系數；接著在Midas Civil橋梁模型上添加車道荷載的計算結果后，再根據荷載效率取值范圍為0.95～1.05的原則即可得到最不利梁的試驗加載的泥頭車的試驗荷載。計算結果如表1所示。

表1 試驗荷載效率計算表

2.2 靜載撓度和應變布置方案

本次荷載試驗以對跨中最大正彎矩截面產生的最不利荷載組合作為試驗的控制荷載。使用單梁法，通過Midas和橋梁博士計算控制荷載和試驗荷載，使控制荷載與試驗荷載滿足上述靜力荷載效率。通過計算得出采用3輛350 kN載重車按照內力等效原則在影響線上按最不利位置分級加載。

2.2.1變形測量

共布置6個撓度測點，用高精度水準儀對各級荷載作用下各測點的撓度進行量測。

2.2.2應力(應變)測量

多跨簡支橋選取跨中截面為控制截面，根據計算，11號梁為受力最不利梁，所以選擇10號,11號,12號梁，每片梁底布置2個傳感器，共計6個傳感器。布置情況如圖1所示。

2.3 靜載結果

通過現場試驗結果可知試驗跨梁各個撓度測點的校驗系數在0.51～0.62之間，各個應變測點的校驗系數在0.55～0.79之間。

3 動載試驗

動載試驗使用速度傳感器拾取振動信號，經放大器將信號放大后用DASP采集系統進行采樣、記錄和分析處理即可獲得橋梁的自振頻率及沖擊系數。動載試驗主要是通過了解橋梁結構在自然狀態下自由頻率和動力荷載下的阻尼比和沖擊系數，最后需對測得的橋梁動力響應值進行分析，以獲得橋梁的動力特性[2]。

3.1 動載試驗工況

該試驗跨動載試驗根據規范和實際情況設定以下4種工況：

1)自然脈動：在自然條件下，如風、地脈動等引起橋梁振動的條件下，長時間地使用高靈敏傳感器記錄橋梁振動。

2)跑車試驗：采用1輛試驗載重汽車以20 km/h,30 km/h的速度在橋面上勻速行使，在跑車經過時測量橋梁結構的沖擊系數和動撓度。

3)剎車試驗：以20 km/h的速度在試驗跨跨中處緊急剎車，測量橋梁結構在行車狀態下的振幅、動撓度及沖擊系數。

4)跳車試驗：以一輛試驗載重汽車停在試驗截面處，后輪越木頭后熄火停車，測量橋梁結構在跳車時的振幅、動撓度及沖擊系數。

3.2 動載試驗結果

該橋的沖擊系數與振動頻率的理論值如表2所示，理論頻率圖如圖2所示。結構在環境自然激勵下和跳車等各種動載試驗工況下的實測數據結果匯成于表3中，其中由于篇幅所限，只展現自然脈動頻譜圖和跳車測點阻尼比分析圖，如圖3，圖4所示。

表2 動載理論計算匯總表

海豐橋按照梁理論計算得到的第一階自振頻率為5.917 Hz，實測該橋振動頻率為8.698 Hz，實測自振頻率與理論自振頻率的比值為1.47，大于1.1，評定標度為1。說明橋的實際剛度大于理論計算值。

海豐橋在各工況下，實測沖擊系數均小于設計的沖擊系數1.298，實測阻尼比為2.17%。

表3 動載試驗結果匯總表

4 結語

本文結合工程實際，討論了橋梁動靜載試驗的方法。靜載試驗得到的應變和撓度均不大于1，且滿足規范要求。動載試驗得到的沖擊系數小于理論值[3]。說明試驗空心板梁性能較好，各項指標都達到了我國現行的規范要求[4]。

[1] 賀常元.16 m預應力空心板簡支梁橋成橋靜載試驗及分析[J].鐵道標準設計，2009(8)：65-67.

[2] 李德建,彭 彥.既有簡支鉸接空心板梁橋結構狀況動力評估[J].建筑科學與工程學報，2009(26)：24-28.

[3] 賀常元.16 m預應力空心板簡支梁橋成橋動試驗及分析[J].山西建筑，2009，35(23)：328-329.

[4] 宗一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定[M].北京：人民交通出版社,2002.