會理縣魚鲊金沙江大橋的現場荷載試驗分析

張宇陽

（四川華騰公路試驗檢測有限責任公司，四川 成都 610000 ）

1 工程概況

會理縣魚鲊金沙江大橋位于G108 線，橋梁中心樁號為K3030+633，跨越金沙江下游干流攀枝花到龍街河段，東岸接涼山州會理縣魚鲊鄉，西岸接攀枝花市仁和區大龍潭彝族鄉的拉鲊村。魚鲊金沙江大橋施工圖設計起訖里程為K0+513.5～K1+539.5，全橋長為1026m，其中主橋采用預應力混凝土連續剛構，引橋采用裝配式預應力混凝土簡支T 梁。全幅橋寬18.5m，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，全橋設置8 道伸縮縫，護欄為鋼筋混凝土護欄，大橋整體于2015 年建成通車。

2 檢測目的

為了評定魚鲊金沙江大橋的受力情況和工作性能，主要檢測目的分為3個方面：1）通過對橋梁結構現狀及專項檢查收集必要的資料，全面掌握橋梁各結構現有狀況、破損程度、明確橋梁的病害原因，初步確定橋梁工作狀態及使用性能，對橋梁進行技術狀況評定；2）通過動、靜載荷載試驗，掌握橋梁結構受力狀況及工作性能，并評價橋梁實際承載能力[1]；3）通過實測數據的對比分析，提出橋梁養護處置建議，為橋梁養護處置提供科學依據。

3 檢測評定內容及方法

本次主要對魚鲊金沙江大橋進行表觀缺損狀況檢查和荷載試驗等，并對橋梁技術狀況進行評定。根據檢測目的，本次檢測分為如下幾個部分：1）外觀缺損狀況檢查（橋梁上、下部結構和橋梁表觀缺損狀況檢查），其檢測方法為采用目測與儀器相結合的方法對橋梁逐跨進行表觀缺損狀況檢查，對橋梁各構件的缺損進行位置、特性等定性描述，然后輔以專業設備對缺損進行定量描述。2）橋梁靜載試驗，通過直接測量橋跨結構在靜力試驗荷載作用下的變形和應力來了解結構的實際性能（如結構的剛度、強度等）[2]，根據設計荷載等級要求在橋面布置一定數量的加載車輛，然后測量橋跨結構的響應，包括撓度測量、應力測試、支點沉降測試以及裂縫開展等情況，以此評定橋跨結構的實際工作狀況和承載能力。3）橋梁的動載試驗，橋梁動載試驗主要包括脈動試驗、有障礙行車試驗、無障礙行車試驗和剎車試驗[3]。脈動試驗測試結構的自振頻率、振型和阻尼比；行車和剎車試驗測試控制截面的動應變響應，計算對應速度下的沖擊系數，本次選擇主橋、20#跨以及22#跨進行動載試驗。

4 檢測結果與分析

根據橋梁的檢測內容，可分別得到金沙江大橋的外觀型檢測結果，靜荷載試驗結果和動荷載試驗結果，現對這三類結果分別進行總結分析。

4.1 外觀缺損狀況檢測結果

上部結構表觀缺損主要表現為：梁馬蹄右側側面在橋長的3/8～5/8 截面之間存在1 條縱向貫通裂縫，最大寬度高達0.38mm；部分梁均存在縱向裂縫，裂縫長度介于0.50m～2.36m 之間，寬度介于0.08mm～0.14mm 之間；同時橋梁的梁和隔板處都存在剝落、露筋、裂縫等病害。下部結構表觀缺損主要表現為：左面墩墩身距地面10m 范圍內均存在大面積收縮裂紋，約占其面積的30%～60%，同時在部分承臺處存在著剝落現象，有4 個墩身的在中部地面以上的10m 范圍內出現豎向裂縫，且伴有支縫。橋面系表觀缺損主要表現為：橋面鋪裝高低不平，在小部分處存在著巨大的高差現象，最大高差達2cm，同時伸縮縫中的橡膠止水帶存在破損現象，約各占其長度10%～20%，伸縮縫中的錨固區中的混凝土存在多條橫向裂縫，且錨固區附近橋面鋪裝瀝青混凝土存在變形現象，使得行車時存在異響、跳車現象；橋面護欄在交界處存在剝落、露筋現象，1#人行道砂漿抹面存在大面積收縮裂紋，約占其面積50%。

4.2 靜荷載試驗結果

4.2.1 計算模型

采用有限元軟件Midas/CIVIL 2012 版進行計算分析。

4.2.2 計算條件

（1）建立空間有限元模型，進行恒載計算及活載分析；

（2）全橋各構件的幾何參數、材料參數以及荷載參數均采用現場實測值；

（3）計算模型中僅將橋面鋪裝和護欄考慮為荷載作用，而不參與結構受力；

4.2.3 單元劃分

全橋所有構件均采用梁單元模擬，其中連續剛構有限元模型共計211 個節點，206 個單元，40m 簡支T 梁有限元模型共計425 個節點，742 個單元，25m 簡支T 梁有限元模型共計285 個節點，478 個單元。

4.2.4 荷載分析

（1）材料自重均按照規范進行取值；

（2）橋面荷載（含橋面鋪裝、欄桿等）折合為線荷載加載；

（3）控制荷載：公路-Ⅱ級。

4.2.5 計算模型

魚鮓金沙江大橋主橋、引橋有限元計算模型如圖1～圖2 所示。

圖1 魚鮓金沙江大橋有限元計算模型（主橋）

圖2 魚鮓金沙江大橋有限元計算模型（40m 簡支T 梁）

（b）試驗工況

根據橋型結構特點，同時結合現場測試條件，按照測試工作高效、準確、有效的原則，本次橋梁靜載試驗設置10 個工況。靜載試驗工況及測試項目見下表。

表1 靜載試驗工況及檢測內容

4.2.6 試驗結果

在試驗過程中，實行分級加載，其中加載過程分4 級進行，卸載過程分2 級進行[4]。試驗結果表明，各試驗工況的荷載效率系數處于0.95～1.05 范圍內，滿足《公路橋梁荷載試驗規程》的要求，加載程序有效。在各試驗工況下，應變校驗系數在加載過程中基本呈彈性變化，且卸載后基本恢復，主要測點相對殘余應變不大于20%；撓度校驗系數在加載過程中基本保持彈性變化，且卸載后基本恢復，主要測點相對殘余變形不大于20%。說明上述試驗跨上部結構的實際強度、剛度較好，工作性能良好。整個試驗過程中，各試驗跨梁體未發現明顯可見新增裂縫，既有裂縫擴展閉合情況正常，滿足規范要求。

4.3 動荷載試驗結果

按《公路橋梁荷載試驗規程》的相關要求分別對橋梁對主橋（11#、12跨）、20#、22#跨開展動載試驗，同時利用Midas civil 有限元分析程序對橋梁進行動力特性分析[5]，求解其自振頻率、振型等，通過與實測結果比較，對結構整體豎向剛度進行綜合分析。主橋的前三階豎向彎曲自振頻率以及20#跨、22#跨一階豎向彎曲自振頻率的實測值均大于理論計算值，實測振型與計算振型一致，表明受檢橋跨上部結構剛度較好；主橋實測最大阻尼比D=0.0485，20#跨實測最大阻尼比D=0.0465，22#跨實測最大阻尼比D=0.0194，橋梁阻尼比正常。綜上所述，試驗橋跨結構自振特性正常，動力響應正常。

5 結論

通過對魚鲊金沙江大橋進行表觀缺損狀況檢查、動-靜荷載試驗，可以得到如下主要結論。1）大橋總體技術狀況為2 類，橋梁有輕微缺損，使用功能無影響；2）在靜力荷載作用下，試驗橋跨上部結構主要承重構件的工作性能正常，實際強度和剛度均滿足要求，結構處于彈性工作狀態。3）在動荷載作用下，結構自振特性正常，動力響應正常；試驗橋跨能滿足設計荷載正常使用的要求。因此只需對橋梁進行養護，對局部破損和老化的區域進行修理，同時加強交通管制措施，嚴格按照設計荷載及設計時速通行即可滿足橋梁的正常使用功能。