某簡支T型梁橋動靜載試驗研究 ①

趙柏冬， 吳 迪,*， 李文全

(1.沈陽大學建筑工程學院，遼寧 沈陽,110044；2.遼寧大通公路工程有限公司，遼寧 沈陽 110005)

0 引 言

在我國目前已經建成的橋梁中，混凝土簡支T梁憑借其可靠性、功能性、經濟性在我國公路建設中得到廣泛應用[1-2]。但是隨著行車荷載等級的不斷增加部分已經修建多年的混凝土T梁承載力已經不能滿足現代的行車要求。對于承載力無法滿足的橋梁拆除重建在經濟與技術等層面是不合理的。所以要求人們定時對在役橋梁進行檢測，準確的掌握混凝土T梁的實際承載能力，針對性的對橋梁進行加固、拆除、等一系列操作增加其在安全承載力范圍內的服役時間[3-5]。

1 依托工程概況

某高速路段一區間某橋建成于2002年。該橋左、右分幅，跨徑布置為50m×30m，橋梁全長為1508m，交角為90°。橋面凈寬為2m×11.25m，兩幅內、外側各設0.50m的防撞墻；上部結構為后張預應力混凝土簡支T梁，左、右幅橋每孔各6片，每孔設置7道橫隔梁；橋面鋪裝采用瀝青混凝土， 縱向最大坡度為 3%，橫向坡度均為 2%。橋梁設計荷載為汽車-超20級、掛車—120。

2 建立模型

查詢橋梁設計圖紙并運用midas/civil建立結構分析模型，橋梁的上部結構使用C55混凝土。在Midas/Civil中，遵循JTG(RC)規范，混凝土彈性模量E=3.55x104MPA，泊松比μ=0.2，ρ=2.6103kg/m3，線性膨脹系數[5]，計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

3 靜載試驗[6-7]

3.1 試驗原理

橋梁靜載試驗是通過加載車輛，遵循“內力等效”原則對橋梁施加等同于設計荷載的等效荷載。待加載穩定后，讀取各測點的應變、撓度數值，并匯總計算校驗系數與殘余形變等數值，以此判斷橋梁的承載力情況。

3.2 測試截面選擇

在靜力學分析中，混凝土為受壓構件。簡支T梁部件在彈性工作階段主要承受跨中最大的彎矩變形．T梁梁體在恒載作用下，上部承受壓應力，下部承受拉應力，下部應力產生的變形破壞將是直接影響簡支梁整體結構安全可靠度的主要因素。通過使用Midas/civil模型計算出梁的最大彎矩，最大彎矩所在截面即為本次試驗的控制截面。由圖2模型計算結果可以看出，試驗的最大彎矩發生在跨中截面，故選取跨中截面為本次試驗的控制截面。

圖2 四級荷載下最大彎矩

3.3 測點布置

撓度測點布置為在橋梁控制截面梁底處布置，應變測點布置在跨中梁底處以及沿主要測試梁的梁高方向布置。具體布置位置見圖3、圖4.

圖3 撓度測點圖

圖4 應變測點圖

3.4 加載方式

試驗采用四輛三軸汽車進行加載，遵循“內力等效”原則，加載車輛的具體參數見表1。靜載試驗的荷載效率見表2。

表1 試驗車輛技術參數表

表2 靜載試驗荷載效率

3.5 撓度結果分析

試驗采用千分表讀取橋梁測點的撓度值，同時運用有限元分析軟件midas計算靜力荷載作用下的各測點的理論撓度值，試驗總結了各級荷載作用下控制截面跨中梁底測點撓度的理論值與實測值，結果見表3。

表3 C1-C6撓度實測值與理論值

3.6 應變結果分析

試驗采用DH3820多通道數據采集儀進行應變采集，選取梁腹板沿高度方向的應變理論值與計算值進行比較，見表4。并選取跨中截面測點理論值與實測值比較，結果見表5。繪制了梁應變-梁高曲線如圖5。

表4 應變測點在四級荷載作用下的應變數值

表5 C1-C6應變實測值與理論值

4 動載試驗

4.1 動載試驗原理

動載試驗主要測試內容包括結構的頻率、阻尼比等參數。首先對橋梁結構施加激勵，測試特定部位在激勵作用下的動力響應，對動力響應進行試驗模態分析，分析出橋梁結構的動力參數，根據動載試驗的測試結果和理論結果對比分析，從而判斷橋梁的使用狀態。

圖5 1號梁應變-梁高曲線

4.2 測點布置

由于簡支T型梁橋的結構特點，動載試驗的測點位置布置控制截面的跨中梁底位置，試驗跑車測點位置在1號、2號梁跨中梁底。脈動試驗一個測點，測點位置為橋梁跨中。

4.3 試驗方案

脈動試驗：在被測橋梁跨中位置放置振動傳感器，通過環境隨機激振法對橋梁輸入激振能量，通過傳感器采集的數據對振動信號進行分析處理，結果匯總與表6。

表6 上部結構自振頻率檢測結果

跑車試驗：試驗通過兩輛載重約400kN的汽車以不同速率勻速駛過被測橋梁，通過測量將被測橋梁的沖擊系數見表7。

表7 上行橋第47孔沖擊系數結果表

4.4 試驗數據

通過對橋梁進行跑車試驗，在10km/h的速度時程曲線中，所測微應變峰值為37.976，最小值為3.47；在20km/h的速度時程曲線中，所測微應變峰值為46.6，最小值為4.32；在30km/h的速度時程曲線中，所測微應變峰值為41.97，最小值為5.76；在40km/h的速度時程曲線中，所測微應變峰值為48.25，最小值為6.64。

5 結 語

在對橋梁的實際荷載試驗方法進行簡要的描述后，結合某橋一孔預應力簡支T梁的荷載試驗工程案例得到如下結論：

(1)通過對某橋其中一孔進行靜載試驗，結合Midas有限元模擬對比分析以及有限元計算。簡要介紹了試驗的加載方案，加載等級，測點布置等，對該橋的實測應變、撓度值與理論計算值進行比對分析，結果表明：該橋梁理論分析與設計方法可靠，橋梁的剛度與承載力滿足安全使用要求。

(2)在橋梁靜載試驗中，被測橋梁的控制截面的撓度校驗系數滿足規范規定的0.7～1.0；應變校驗系數符合規范0.6～0.9的相關要求，表明橋梁實際工作狀況優于理論狀況，撓度和應變與其理論值呈線性關系，應變沿T梁橫向變化符合T梁剪力效應分布特點，沿梁高方向變化符合平截面假定原理。且對殘余應變和相對殘余變形相均小于20%，表明結構處于彈性工作狀態。

(3)在動載試驗中，梁自振頻率實測值大于計算值，實際測量值越大，表明試驗孔T梁實際剛度越好。一階實測阻尼比為2.13%，表明被測橋梁消耗外部能量的能力良好，在加載車行駛車速 10km/h、30km/h、40km/h的行車作用下，橋梁沖擊系數實測值小于理論值，表明結構在車速10km/h、30km/h、40km/h行車作用下結構動力增大效應小于理論狀況；在50km/h行車作用下實測沖擊系數實測值大于理論值，表面結構在車速50km/h行車作用下結構動力增大效應大于理論狀況。