濟南長清黃河公路大橋主橋荷載試驗研究

韓文放

（山東金朝工程檢測有限公司，山東 濟南 250014）

鋼桁梁橋桿件多為薄壁桿件，其斷面的最大高度或寬度與壁厚之比一般不小于10，荷載作用下各桿件呈復雜的空間受力狀態。理論分析時一般按桿單元或梁單元模擬橋梁結構，計算得到的是各項內力單獨作用下桿件所受的應力。而現場試驗時，應變計一般沿桿件的軸向布置，實測值是荷載作用下桿件所受縱向正應力之和。這是鋼桁梁橋試驗中必須面對的問題，也是評價薄壁結構受力狀態時必須解決的問題。

1 工程概況

濟南長清黃河公路大橋主橋采用102+4×168+102=876 米變高連續鋼桁架，整幅布置，橫橋向布置兩片主桁，主桁采用不帶豎桿的華倫式桁架布置，主桁中心距為27m，主墩處桁高23m，共用墩及跨中桁高10m，標準節間長度為14m，縱向共58 個節段。

橋梁靜載試驗主要是通過測量橋梁結構在靜力車輛荷載作用下的變形和內力，確定橋梁結構的實際工作狀況與設計期望值是否相符。動載試驗包括自振特性試驗和動力響應試驗[1]。自振特性試驗主要測試橋梁結構在自然環境激振條件下的自有振動特性，即自振頻率、阻尼、振型等。動力響應試驗主要測試橋梁結構在試驗荷載作用下的動力響應，即動撓度、動應變、振動加速度、速度及沖擊系數等，評價橋梁結構的剛度和動力性能是否滿足規范要求。

2 靜、動力分析

采用橋梁工程軟件Midas Civil 2015 進行空間結構的建模與分析，模型中所有桿件均采用梁單元，整體結構簡化為空間梁格體系。

3 荷載試驗

選用裝載汽車作為加載設備進行靜、動載試驗，荷載效率滿足介于0.85～1.05 之間的要求。荷載試驗前，對加載車輛的相關技術參數進行了精確測量。

3.1 靜載試驗

根據主橋結構的對稱性，選擇長清區側邊跨、次邊跨、中跨共3 跨作為荷載試驗橋跨，選取試驗橋跨中受力最不利主桁弦桿所在的位置作為控制截面，進行控制截面的撓度和應力測試。控制截面共5 個。

1） 撓度測點布置，每跨將加載截面兩邊橋面部分進行二等分，在墩頂、加載截面及各等分點處布置撓度測試截面，主橋共13 個撓度測試斷面。

2） 應變測點布置

①理論分析

對于長度遠大于橫截面尺寸的構件，其基本變形分為4類[2-4]：拉壓、剪切、扭轉、彎曲。桿件截面上的應力有2類：垂直于橫截面的正應力、平行于橫截面的剪應力。拉壓變形、彎曲變形引起正應力，剪切和扭轉變形引起剪應力，約束扭轉和扭轉畸變變形也會引起正應力。

對于雙軸對稱H 型、箱型薄壁桿件（圖2），當正應力沿截面高度和寬度方向均為線性分布，并忽略畸變正應力影響時，可用四點法實測得到4 個測點的縱向復合正應力，然后采用分解法求得軸向、面內及面外彎曲和約束扭轉正應力[2]。

橋梁設計時往往采用構造措施限制構件的畸變變形[5]，因此桿件的軸向、面內及面外彎曲和約束扭轉正應力可采用四點法得到。該橋空間梁單元模型的有限元分析結果表明：試驗荷載作用下，主桁桿件主要承受軸力作用，因此測試桿件的軸向應力滿足試驗精度要求。

②應變測點布置

根據選定的測試斷面，在橋梁弦桿上布置應變測點；有限元力學分析結果表明：受力最不利主桁弦桿荷載效率滿足試驗要求時，其周圍部分腹桿的荷載效率也達到試驗要求，因此同樣在這些腹桿上布置應變測點，進行試驗過程中的應力測試。

3.2 動載試驗

自振特性試驗以聯為單位，全橋各跨均4 等分共計25個測試斷面，分上下游兩條測線布置測點。

動力響應試驗選取第三跨受力最不利主桁上弦桿（A27’-A28’） 所在的位置作為測試截面，在該上弦桿上布置動應變測點，上、下游側各布置1 個測點。

4 試驗結果分析及結論

4.1 靜載試驗結果分析

限于篇幅，這里僅給出部分試驗及計算結果。由表1 可知，鋼桁梁桿件軸向應力實測值均小于計算值，可見橋梁結構強度滿足設計要求[1]。由表2 可知，主梁撓度實測值均小于計算值，可見橋梁結構剛度滿足設計要求。

表1 桿件應力測試結果

表2 主梁撓度測試結果

4.2 動載試驗結果分析

1） 自振特性試驗，采用環境隨機激勵法進行測試，橋梁自振特性參數測試結果見表3。

由檢測結果得出實測前四階振型與理論振型相符。由表3 看出橋梁實測前四階振動頻率均大于計算頻率，且均為小阻尼振動，表明橋跨結構實際整體剛度大于理論剛度，滿足設計要求。

2） 動力響應試驗，這里共進行無障礙行車試驗、有障礙行車試驗和制動試驗三項測試。實測無障礙行車試驗與制動試驗沖擊系數介于1.01～1.04 之間，測點沖擊系數小于規范限值[6]1.05，滿足設計要求。實測有障礙行車沖擊系數介于1.36～1.49 之間，表明有障礙行車對橋跨結構沖擊效應較大。為了保證結構安全，橋面盡量不要出現較大的坑槽，保證橋面的平整度。限于篇幅，這里僅給出部分試驗結果。

表3 橋梁自振特性參數測試結果