基于靜、動載荷試驗的某大橋性能分析

2018-11-22 11:17:56林琦

科技創新與應用 2018年31期

林琦

摘要：文章以貴州某大橋為分析對象，通過有限單元法并結合靜、動載荷試驗方法，評定該大橋的使用性能。采用有限單元法分析了橋梁最不利受力面和主橋1階模態自振頻率和主橋前3階模態振型。選取該橋拱頂最大正彎矩截面，主拱圈1/4最大正彎矩截面，主拱圈拱腳最大負彎矩截面作為試驗加載截面；動載試驗選取橋梁拱頂截面和L/4截面進行脈動試驗，以測試橋梁結構的動力特性。

關鍵詞：有限單元法；靜、動載荷試驗；彎矩截面

中圖分類號：TU311 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0061-02

Abstract： Taking a bridge in Guizhou Province as an analysis object， this paper evaluates the service performance of the bridge by means of finite element method combined with static and dynamic load test methods. The finite element method is used to analyze the most unfavorable stress surface of the bridge， the natural frequencies of the first mode of the main bridge and the mode shapes of the first three modes of the main bridge. The maximum positive bending moment section of the arch crown， the 1/4 maximum positive bending moment section of the main arch ring and the maximum negative bending moment section of the arch foot of the main arch ring are selected as the test load sections， and the dynamic load test is carried out on the arch top section and L/4 section of the bridge for pulsating test， in order to test the dynamic characteristics of the bridge structure.

Keywords： finite element method； static and dynamic load test； bending moment section

1 橋梁概況

某大橋位于貴州省，橋梁起點樁號K0+122.316，終點樁號K0+213.316，橋梁與河道正交，橋梁全長91.00m，全寬20.5m。上部結構：主孔為凈跨60m鋼筋混凝土箱型拱，主拱圈線型為等截面懸鏈線，拱軸系數為1.756，矢跨比1/5，拱圈截面高度為140cm，寬度1820cm，行車道板采用簡支板。橋寬為20.5m，橫向布置為：0.25m（欄桿）+2.5m（人行道）+15（車行道）+2.5m（人行道）+0.25m（景觀欄桿）。下部結構：兩岸橋臺均采用重力式U型橋臺，兩岸拱座，橋臺基礎均為明挖擴大基礎。設計荷載：城-A級+人群荷載：3.0kN/m2，如圖1～圖2所示。

2 橋梁靜載試驗

2.1 檢測范圍

鳳岡縣勝利大橋為鋼筋混凝土箱型拱，根據該類橋梁結構的受力特點，采用有限單元法進行單元劃分，將橋梁結構離散成空間單元，然后分析計算。結構計算模型見圖3所示。

根據橋梁內力計算結果，選擇該橋的最不利受力截面作為荷載試驗對象，選取該橋拱頂最大正彎矩截面（J1），主拱圈1/4最大正彎矩截面（J2），主拱圈拱腳最大負彎矩截面（J3）作為試驗加載截面。

2.2 測點布置

在測試控制截面J1、J2、J3測試截面布置應變測點9個（不含溫度補償）、撓度測點5個，其中J3截面無撓度測點。測試截面應變及撓度測點布置見圖4所示。

2.3 試驗工況及布載

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004），并按照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011）要求，進行最不利加載分析，確定控制截面的控制內力和撓度。

加載原則：（1）為了獲取結構試驗荷載與變位的相關曲線以及防止結構意外損傷，對控制截面試驗荷載的施加應分級進行；（2）加載級數應根據荷載量和加載最小荷載增量而定，試驗荷載應按控制截面最大內力或最大位移分成4級施加；（3）荷載試驗選擇在溫度較穩定的時間段進行；（4）同一級荷載內，結構最大變位測點在最后5

分鐘內的變位增量小于第一個5分鐘變位增量的15%，或小于量測儀器的最小分辨率值時，則認為結構變位達到相對穩定。

本次試驗的加載車輛采用目前的施工用車，對各測試截面分別加載，測試截面試驗工況見表1，橋梁計算參數表和橋梁截面特性表見表2和表3。

3 橋梁動載試驗

3.1 有限元分析計算

橋梁動力有限元模型中主梁結構采用梁單元進行模擬。主橋前3階模態自振頻率見表4。

3.2 測點布置

根據橋梁結構動力特性，本橋動載試驗選取橋梁拱頂截面（J1）和L/4截面（J2）進行脈動試驗，以測試橋梁結構的動力特性。通過在測試截面位置處的橋面粘貼加速度傳感器測試橋梁的動力特性。

3.3 試驗方法

橋梁結構動力（自振）特性測定試驗采用脈動激勵：在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無其它振源的情況下，測定橋梁由風荷載、地脈動等隨機激勵而引起的微幅振動響應。

動力特性試驗采用高靈敏壓電加速度計采集信號，然后由動態信號采集和分析系統進行采集記錄。記錄信號回放后，通過時域波形分析、數字濾波、頻譜分析等方法識別結構的自振頻率。

4 結束語

通過對橋梁的荷載試驗檢測，了解橋梁的基本現狀，測試橋梁主體結構控制截面的應力、撓度和開裂狀況等指標，檢驗橋梁結構的承載能力、結構變形及正常使用狀態滿足設計要求，為橋梁的日后運營、養護和管理提供科學依據。