沈陽市北海高架橋（新橋）結(jié)構(gòu)檢測要點探討

史莊重

摘 要：橋是土木基礎(chǔ)設(shè)施工程中的構(gòu)造物，作為工程實體，必須由它的承重骨架來承受各種外荷載作用。一般把構(gòu)造物的承重骨架組成部分統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)。通過橋梁荷載試驗，記錄橋梁在荷載作用下的結(jié)構(gòu)反映，為橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定提供科學依據(jù)和支持。本文就沈陽市北海高架橋（新橋）結(jié)構(gòu)檢測要點進行敘述。

關(guān)鍵詞：橋梁;靜載試驗;動載試驗

北海高架橋新橋為既有北海高架橋加寬，建于2012年，本橋共41跨，跨徑布置除沈吉鐵路跨線處，與現(xiàn)狀高架橋跨徑一致（跨徑為20.6m和19m）。本橋上部結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式，連續(xù)箱梁采用C40混凝土，截面為單箱雙室斷面。受力鋼筋最小保護層厚度為40mm。橋墩采用混凝土強度等級為C40的混凝土。橋墩頂部設(shè)置帽托和墩帽。橋臺采用C40混凝土。橋臺均為鋼筋混凝土一字式橋臺，在橋臺外側(cè)設(shè)置翼墻。臺后填砂性土。橋墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5m，橋臺樁長22米。

一、靜載試驗

橋梁靜載試驗主要是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下各控制截面的應(yīng)變、結(jié)構(gòu)變形以及裂縫的發(fā)展情況等，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符，它是檢驗橋梁性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的辦法。

在靜載試驗前運用橋梁計算專用軟件對橋梁構(gòu)模。在建模中考慮橋梁普查和專項檢查的結(jié)果，將計算模型及相關(guān)參數(shù)進行適當調(diào)整，使模型能真實反映橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。在此修正模型基礎(chǔ)上進行運營荷載組合計算，得到相應(yīng)不利斷面，并結(jié)合橋梁普查情況，確定試驗和檢測斷面。試驗前計算出各控制斷面的內(nèi)力影響線，根據(jù)影響線進行靜力加載計算，計算結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下相應(yīng)測試斷面應(yīng)變和變形。通過理論計算結(jié)果與荷載試驗結(jié)果進行比較，從而判定結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足現(xiàn)階段營運安全要求。

1.靜載試驗理論計算

本次選取4×19m連續(xù)梁（第38-41聯(lián)跨）作為本次檢測試驗聯(lián)跨。本跨結(jié)構(gòu)分析采用橋梁結(jié)構(gòu)分析通用程序 “Midas/Civil”進行計算。

2.試驗加載原則

靜載試驗依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的相關(guān)規(guī)定進行。試驗各工況下所需加載車輛的數(shù)量和輪位布置，根據(jù)設(shè)計標準活荷載產(chǎn)生的某工況下的最不利效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得：

0.95≤η=Sstat/S（1+μ）≤1.05

式中，η——靜力試驗荷載效率;

Sstat——試驗荷載作用下，某工況計算效應(yīng)值;

S——設(shè)計標準活荷載不計沖擊作用時產(chǎn)生的某試驗工況的最不利計算效應(yīng)值;

（1+μ）——設(shè)計計算取用的動力系數(shù)。

3.試驗加載設(shè)計

工況1：對1#斷面最大正彎矩加載，加載效率0.97。工況2：3#斷面最大正彎矩加載，加載效率0.96。工況3：2#斷面最大負彎矩加載，加載效率1.03。

4.結(jié)果分析

在工況1荷載作用下測試斷面應(yīng)變實測值結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)在0.63～0.67之間，測試斷面變位實測值結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)0.54～0.56之間，卸載后，測試斷面各測點的相對殘余應(yīng)變率均小于20%，表明處于彈性工作狀態(tài)。

在工況2荷載作用下測試斷面應(yīng)變實測值結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)在0.67～0.72之間，測試斷面變位實測值結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)0.60～0.64之間，卸載后，測試斷面各測點的相對殘余應(yīng)變率均小于20%，表明處于彈性工作狀態(tài)。

在工況3荷載作用下，跨中測試斷面應(yīng)變結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)在0.56～0.58之間，均小于1，表明處于彈性工作狀態(tài)。

綜上所述：結(jié)構(gòu)的承載能力滿足要求。

二、動載試驗

1.脈動試驗結(jié)果及分析

脈動試驗是通過在橋上布置高靈敏度的傳感器，長時間記錄橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵下，如風、水流、地脈動等引起的橋梁振動，然后對記錄下來的橋梁振動時程信號進行處理并進行時域和頻域分析，求取橋梁結(jié)構(gòu)自振特性的一種方法。脈動試驗假設(shè)環(huán)境激勵為平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)過程，在中低頻段，環(huán)境振動的激勵譜比較均勻，在環(huán)境激勵的頻率與橋梁的自振頻率一致或接近時，橋梁容易吸收環(huán)境激勵的能量，使振幅增大;而在環(huán)境激勵的頻率與橋梁自振頻率相差較大時，由于相位差較大，有相當一部分能量相互抵消，振幅較小。對環(huán)境激勵下橋梁的響應(yīng)信號進行多次時程曲線的平均分析，可得到橋梁的各階自振頻率，再利用各個測點的振幅和相位關(guān)系，可求得橋梁各階模態(tài)相應(yīng)的振型。

對脈動試驗信號進行時域和頻域分析，得到該橋豎向振動一階頻率實測值為6.641Hz，有限元計算頻率為5.323Hz，實測值與理論計算值的比值大于1.1，評定標度為1，說明橋梁豎向整體剛度滿足設(shè)計要求。

2.受迫振動試驗結(jié)果及分析

（1）跑車試驗的測試內(nèi)容主要是試驗車輛勻速過橋時橋梁動力響應(yīng)。該橋試驗聯(lián)跨跑車試驗為1輛350KN重汽車以每小時20km/h、30km/h、40km/h的速度駛過全橋。跑車試驗時測量試驗聯(lián)跨振幅響應(yīng)及沖擊系數(shù)。

（2）跳車試驗是模擬汽車越過障礙物試驗，在試驗聯(lián)跨跨中位置放置減速帶，一輛350KN重試驗載重汽車以10km/h的車速跨過減速帶，測量各測點振幅和橋面板在豎向沖擊荷載下的強迫振動響應(yīng)和頻率。

（3）由橋梁強迫振動時程曲線分析得到的各測試工況的沖擊系數(shù)

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015），沖擊系數(shù)的取值為：

當f<1.5 Hz 時? ? ? ? ? μ=0.05

當1.5 Hz

當f>14 Hz 時? ? ? ? ? ?μ=0.45

式中 f-為結(jié)構(gòu)的基頻（Hz）。

該橋上部結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)的理論計算值為0.28，結(jié)構(gòu)在跑車、跳車激勵作用下的沖擊系數(shù)均小于理論值，結(jié)構(gòu)在動荷載作用下產(chǎn)生的動力響應(yīng)與理論值較接近。

（4）該橋的實測阻尼比為0.049，由起始波和終止波計算出阻尼比為0.049，在正常范圍1%—10%之間。

三、結(jié)語

通過對測試結(jié)果的綜合分析，掌握橋梁的技術(shù)狀況，確定橋梁的使用條件，可以有效保證橋梁結(jié)構(gòu)物使用的安全性和耐久性。此外橋梁試驗檢測技術(shù)是大跨徑橋梁施工控制，新橋型結(jié)構(gòu)性能研究，各類橋梁施工質(zhì)量控制和評定工作的重要工作，認真做好橋梁試驗檢測工作，對推動我國大跨徑橋梁建設(shè)水平，促進橋梁工程質(zhì)量水平提高具有十分重要的意義。

參考文獻：

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