大跨徑連續剛構橋靜動載試驗研究

裴 強，王 勃

（1.山東高速科技發展集團有限公司，山東 濟南 250002；2.中交公路養護工程技術有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋具有很大的抗彎剛度和抗扭剛度，它既保持了連續梁橋無伸縮縫、行車平順的優點，同時具有T型剛構不設支座、無需體系轉換的優點，因此在工程中得到廣泛應用。為驗證橋梁結構設計的合理性、檢驗橋梁工程施工質量，確定工程的可靠性，為交工驗收提供技術依據，對新建橋梁進行荷載試驗是十分必要的。本文以一座主跨142 m的預應力混凝土連續剛構橋交工驗收荷載試驗為工程背景，研究連續剛構橋荷載試驗的主要工作內容和方法[1-6]。

1 工程概況

某預應力混凝土連續剛構橋，跨徑組合為：80 m+142 m+80 m，橫斷面雙幅對稱布置，單幅橋面寬為：0.5 m（防撞護欄）+0.25 m+2×3.75 m（行車道）+3.25 m（緊急停車帶）+0.5 m（防撞護欄）。設計荷載為公路-Ⅰ級。橋型總體布置見圖1，主梁橫斷面見圖2。

圖1 總體布置圖（單位：cm）

圖2 主梁橫斷面示意圖（單位：cm）

2 試驗方案

2.1 主要測試內容

（1）主梁控制截面在試驗荷載下的應變（應力）；

（2）主梁控制截面在試驗荷載下的豎向撓度；

（3）墩底控制截面在試驗荷載下的應變（應力）；

（4）在各種車速工況下主要控制截面測點動應變（動應力）、沖擊系數等。

2.2 結構內力分析及測試斷面選擇

（1）基本參數

主梁采用C50混凝土，彈性模量為3.45×104MPa,容重為25 kN/m3。橋面鋪裝為瀝青混凝土，容重為24 kN/m3。

（2）分析模型

根據橋梁結構形式，采用空間有限元分析程序Midas Civil對該橋右幅進行結構分析。全橋共劃分為98個梁單元，墩底為固定約束，墩梁固結，梁的兩端均約束y、z方向的位移和x、z方向的轉動。有限元整體模型見圖3～圖5，在活載作用下的內力包絡圖和撓度包絡圖見圖6～圖8。

圖3 Midas空間分析模型

圖4 Midas跨中橫斷面分析模型

圖5 Midas支點橫斷面分析模型

圖6 活載彎矩包絡圖

圖7 活載剪力包絡圖

圖8 活載撓度包絡圖

依據計算所得的活載內力包絡圖和撓度包絡圖，確定結構的最大彎矩截面和最大撓度截面，由此確定試驗測試截面。根據分析結果，選定橋梁測試截面為Ⅱ-Ⅱ（邊跨0.35 L）截面、Ⅲ-Ⅲ(1#墩墩頂附近)截面、Ⅳ-Ⅳ（中跨 1/4 L）截面、Ⅴ-Ⅴ（中跨跨中）截面及1#墩墩腳截面（Ⅵ-Ⅵ斷面）。

2.3 測點布置

2.3.1 撓度測點布置

分別在主跨的L/4、L/2及邊跨的0.35 L的橋面處設置撓度測點，在0號臺及1號墩處設置測點，以消除橋墩變位和支座變位的影響。每個斷面分別在內外兩側布置2個撓度測點。

2.3.2 應變測點布置

（1）正應變測點

箱梁應變測點沿縱橋向布置于Ⅱ-Ⅱ截面、Ⅲ-Ⅲ截面、Ⅳ-Ⅳ截面、Ⅴ-Ⅴ截面。Ⅱ～Ⅴ斷面各布置16個正應變（應力）測點，分別布置于箱梁頂板下緣、腹板外側以及底板下緣。在每個測試斷面均布置一個溫溫度測點，以抵消溫度變化對測試結果的影響。

在Ⅵ-Ⅵ斷面距承臺頂面5 m處布置應變測點。

（2）應變花測點

箱梁應變花測點布置：在Ⅰ-Ⅰ截面最大主應力位置左右腹板上各布置2個應變花測點。

2.3.3 動載試驗測點布置

在Ⅱ-Ⅱ斷面、Ⅲ-Ⅲ斷面、Ⅴ-Ⅴ斷面箱梁頂底板上緣各布置1個動應變測點，在箱梁底板布置一個動撓度測點

2.4 加載工況

靜載試驗按各測試截面最不利效應進行布載，順橋向加載位置見圖1，共分為8種荷載工況，見表1。

表1 荷載工況

動載試驗工況取兩輛載重汽車分別以30 km/h、40 km/h和50 km/h的速度勻速通過全橋，進行橋梁激振，以測取振動響應信號，對動應變（動應力）和動撓度進行測試。

3 試驗結果與分析

3.1 靜載試驗

3.1.1 撓度

通過對撓度實測數據的分析可知，在與設計荷載效應相當的車輛荷載作用下，測點校驗系數均在0.90以下，各控制截面主要測點在不同工況下的撓度效驗系數分布見表2。

表2 相應工況下各控制截面主要測點撓度校驗系數分布

3.1.2 應變

各試驗工況中，各控制截面的實際中性軸與理論中性軸位置接近，箱梁腹板測點應變分布較為規律，應變花實測主應變與理論計算值較為吻合。

在與設計荷載效應相當的車輛荷載作用下，各個工況的應變實測數據有較強的規律性,由于數據較多，僅列出表3工況六（中跨跨中截面）中載應變值及表4工況一（邊跨支點截面）在中載應變值，實測最大主拉應變為14με，最大主壓應變為-19με，均小于理論值。實測值均小于理論計算值；綜合應變分析結果，整座橋梁應力狀況符合設計要求。

表3 工況六（中跨跨中截面）中載應變值

表4 工況一（邊跨支點截面）在中載應變值

3.2 動載試驗

動載工況中可以測得控制截面的最大動應變，將其與相應位置的靜應變相比，即可得到沖擊系數見表5，動撓度及動應變數值見表6。在動態激勵下，實測沖擊系數平均值為1.049，按規范方法計算值為1.050，實測沖擊系數與根據規范計算的沖擊系數非常接近，說明橋梁結構的動力響應性能良好。

表5 沖擊系數實測值

4 結論

綜上所述，根據有限元計算及現場靜動載試驗的結果，由撓度、應變、沖擊系數等關鍵指標的實測值和理論值對比可以看出，本橋的結構剛度、承載能力、整體工作性能良好，符合設計和規范要求，可以交付使用。本文采取的荷載試驗方法能夠較為準確地評價新建橋梁的主要工作指標，可以為同類型橋梁的荷載試驗提供參考。

表6 動應變及動撓度數值表

參考文獻：

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