大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋靜動載試驗研究

裴 強(qiáng)，王 勃

（1.山東高速科技發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002；2.中交公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋具有很大的抗彎剛度和抗扭剛度，它既保持了連續(xù)梁橋無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點，同時具有T型剛構(gòu)不設(shè)支座、無需體系轉(zhuǎn)換的優(yōu)點，因此在工程中得到廣泛應(yīng)用。為驗證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、檢驗橋梁工程施工質(zhì)量，確定工程的可靠性，為交工驗收提供技術(shù)依據(jù)，對新建橋梁進(jìn)行荷載試驗是十分必要的。本文以一座主跨142 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋交工驗收荷載試驗為工程背景，研究連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗的主要工作內(nèi)容和方法[1-6]。

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)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(hù)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(hù)欄）。設(shè)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(nèi)容

（1）主梁控制截面在試驗荷載下的應(yīng)變（應(yīng)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(yīng)變（應(yīng)力）；

（4）在各種車速工況下主要控制截面測點動應(yīng)變（動應(yīng)力）、沖擊系數(shù)等。

2.2 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及測試斷面選擇

（1）基本參數(shù)

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(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式，采用空間有限元分析程序Midas Civil對該橋右幅進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。全橋共劃分為98個梁單元，墩底為固定約束，墩梁固結(jié)，梁的兩端均約束y、z方向的位移和x、z方向的轉(zhuǎn)動。有限元整體模型見圖3～圖5，在活載作用下的內(nèi)力包絡(luò)圖和撓度包絡(luò)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(luò)圖

圖7 活載剪力包絡(luò)圖

圖8 活載撓度包絡(luò)圖

依據(jù)計算所得的活載內(nèi)力包絡(luò)圖和撓度包絡(luò)圖，確定結(jié)構(gòu)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(jù)分析結(jié)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(shè)置撓度測點，在0號臺及1號墩處設(shè)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(nèi)外兩側(cè)布置2個撓度測點。

2.3.2 應(yīng)變測點布置

（1）正應(yīng)變測點

箱梁應(yīng)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(yīng)變（應(yīng)力）測點，分別布置于箱梁頂板下緣、腹板外側(cè)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(jié)果的影響。

在Ⅵ-Ⅵ斷面距承臺頂面5 m處布置應(yīng)變測點。

（2）應(yīng)變花測點

箱梁應(yīng)變花測點布置：在Ⅰ-Ⅰ截面最大主應(yīng)力位置左右腹板上各布置2個應(yīng)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?shù)装迳暇壐鞑贾?個動應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(jìn)行橋梁激振，以測取振動響應(yīng)信號，對動應(yīng)變（動應(yīng)力）和動撓度進(jìn)行測試。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 靜載試驗

3.1.1 撓度

通過對撓度實測數(shù)據(jù)的分析可知，在與設(shè)計荷載效應(yīng)相當(dāng)?shù)能囕v荷載作用下，測點校驗系數(shù)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(shù)分布見表2。

表2 相應(yīng)工況下各控制截面主要測點撓度校驗系數(shù)分布

3.1.2 應(yīng)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(yīng)變分布較為規(guī)律，應(yīng)變花實測主應(yīng)變與理論計算值較為吻合。

在與設(shè)計荷載效應(yīng)相當(dāng)?shù)能囕v荷載作用下，各個工況的應(yīng)變實測數(shù)據(jù)有較強(qiáng)的規(guī)律性,由于數(shù)據(jù)較多，僅列出表3工況六（中跨跨中截面）中載應(yīng)變值及表4工況一（邊跨支點截面）在中載應(yīng)變值，實測最大主拉應(yīng)變?yōu)?4με，最大主壓應(yīng)變?yōu)?19με，均小于理論值。實測值均小于理論計算值；綜合應(yīng)變分析結(jié)果，整座橋梁應(yīng)力狀況符合設(shè)計要求。

表3 工況六（中跨跨中截面）中載應(yīng)變值

表4 工況一（邊跨支點截面）在中載應(yīng)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(yīng)變，將其與相應(yīng)位置的靜應(yīng)變相比，即可得到?jīng)_擊系數(shù)見表5，動撓度及動應(yīng)變數(shù)值見表6。在動態(tài)激勵下，實測沖擊系數(shù)平均值為1.049，按規(guī)范方法計算值為1.050，實測沖擊系數(shù)與根據(jù)規(guī)范計算的沖擊系數(shù)非常接近，說明橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)性能良好。

表5 沖擊系數(shù)實測值

4 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)有限元計算及現(xiàn)場靜動載試驗的結(jié)果，由撓度、應(yīng)變、沖擊系數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)的實測值和理論值對比可以看出，本橋的結(jié)構(gòu)剛度、承載能力、整體工作性能良好，符合設(shè)計和規(guī)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(zhǔn)確地評價新建橋梁的主要工作指標(biāo)，可以為同類型橋梁的荷載試驗提供參考。

表6 動應(yīng)變及動撓度數(shù)值表

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