基于三塔雙索面斜拉橋靜動載試驗簡析動載試驗結果對橋梁靜載承載力判定的影響

盧 的 金 翀 邱建華

（1 廣東全科工程檢測有限公司；2 浙江交工集團股份有限公司；3 廣東中磐工程檢測有限公司）

1 工程概況

八里湖大橋全長1590m，標準橋寬32m，主橋橋寬35.6m。本橋由主橋和兩側引橋組成，主橋跨布置為80.55+2×132+80.55=425.1m。主橋上部結構為三塔剛構-連續梁矮塔斜拉橋，索塔為戒指形，中塔塔梁墩全固結，兩邊塔塔梁分離。邊主梁采用等截面單箱單室混凝土箱梁結構。主梁采用C55 混凝土，主塔采用C60 混凝土。道路等級為城市I級主干路，設計荷載：公路-I級；設計車速：50km/h；人群荷載：3.0KN/m2。主橋橋梁布置圖如圖1。

圖1 八里湖大橋立面圖

八里湖大橋已投入使用8 年，大量隱蔽結構的損傷無法通過巡檢發現，必須周期性地采用動靜載試驗觀測橋梁力學性質從而判斷其健康狀態。靜載試驗直接判定承載能力是否達標，動載試驗則通過動力響應特性反映重要結構是否存在較大損傷，結合歷史數據可為橋梁維修、養護的決策提供關鍵數據支撐。

2 靜載試驗

采用空間有限元程序MIDAS Civil 2015 對橋梁進行建模計算，通過對比設計荷載作用下的結構力學狀態，確定試驗荷載的大小和布置。理論計算中的試驗荷載采用多輛3 軸30t 重車布置。模型共584 個節點、460個梁單元、120 個桁架單元。重要計算結果見圖2～圖4。

圖2 橋梁主梁結構在移動荷載作用下彎矩值圖

圖3 移動荷載作用下索力圖

圖4 移動荷載作用下橋塔塔頂最大縱橋向水平位移圖

根據《公路橋梁承載力檢測評定規程》和《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》的規定，結合結構分析計算結果選擇了8個最不利位置作為主要內力控制截面。

試驗中采用振弦式應變計測試截面應力（應變），全橋設置12個監測截面，共計112個測點。采用精密電子水準儀測量撓度。撓度測點布置于試驗跨的支點頂部、四分點和跨中位置。塔身水平位移測點布置于塔身圓弧的中點和四分點位置。試驗時，加載車輛的實際重量超出理論計算荷載約5%，屬合理范圍。

表1 試驗工況

靜載試驗開始時氣溫為26.1°C，結束時氣溫為25.9°C，試驗過程中大氣溫度變化0.2°C，試驗過程中溫度基本恒定。各工況的試驗結果如表2 所示。試驗結果表明：在等效試驗荷載作用下，邊跨箱梁撓度、應變校驗系數均不大于理論分析計算值，拉索、邊主墩橋塔位移校驗系數小于理論值，卸載后殘余比均小于20%，說明邊跨主梁縱向剛度滿足要求，拉索及橋塔構件性能較好，有一定的安全儲備，結構在設荷載作用下是安全的；中跨箱梁撓度校驗系數達到1.09，索力最大值校驗系數達到1.07，說明中跨箱梁縱向剛度和斜拉索性能可能有所降低，但其殘余比均能滿足小于20%的要求，且在試驗過程中未發現梁體有肉眼可見的新裂縫產生，表明該結構仍具有良好的工作狀態。

表2 試驗測試結果實測值與理論值對比

3 動載試驗

使用子空間迭代法計算得到主橋的前9 階自振模態理論頻率和阻尼比，如表3 所示。脈動試驗的實測結果顯示，各階模態實測頻率均比理論值高，說明結構的整體剛度滿足設計要求。阻尼比在1.7%～4.0%之間，相對較小，說明在小振幅范圍內，結構的阻尼比較低。

表3 八里湖大橋模態計算及實測結果比對

實測跑車、剎車、跳車基頻均為0.568Hz，與理論值之比大于1.1，結構的實際剛度大于理論值。但因缺乏往期動載試驗資料，缺乏數據對比，無法嚴格確定橋梁力學性能是否存在劣化。

實測跑車50km/h沖擊系數為0.039，小于理論計算值0.05，說明橋梁路面平整，運營性能良好。

4 結論

通過對靜載試驗實測數據的整理分析，可見該橋主橋中跨試驗跨在各試驗工況荷載作用下，雖然部分測點校驗系數輕微大于規范允許值，但梁體、橋塔及拉索殘余撓度比小于規范規定值20%，說明橋梁結構在試驗荷載下處于彈性工作狀態。動載試驗結果表明：結構實測模態固有頻率比理論值略高，進一步證明橋梁結構的整體剛度不差于理論計算。由于混凝土材料力學特性的原因，混凝土結構理論計算的誤差通常較大，同時試驗的實際加載量較理論計算重，故可得出以下合理推斷：略微超限的靜載試驗校驗系數源于試驗誤差和計算誤差。

通過本次動載試驗工作，發現部分橋梁養護單位對往期資料保存并不妥善，缺乏往期動載試驗數據，導致本次實驗無法作出完整全面的分析。在路橋設施運營、維護階段，運維公司的管理工作仍有可提升空間。