連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)研究

摘要 荷載試驗(yàn)通過(guò)測(cè)量橋梁應(yīng)變、撓度、固有特性及動(dòng)力響應(yīng)等參數(shù)，能直觀反映橋梁性能、工作狀態(tài)、設(shè)計(jì)合理性及檢驗(yàn)施工質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力做出綜合評(píng)價(jià)。以一座三跨連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)槔ㄟ^(guò)MIDAS有限元分析軟件，計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下的理論值和試驗(yàn)荷載等效值，與實(shí)測(cè)結(jié)果相比較，檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)可靠性，為即將投入使用的橋梁的運(yùn)行和養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 連續(xù)剛構(gòu);荷載試驗(yàn);撓度應(yīng)力;自振特性

中圖分類號(hào) U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

1工程概況

某大橋主橋上部構(gòu)造為（97+178+97）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用C60混凝土箱梁，箱梁根部梁高11.2m，跨中梁高3.6m，箱梁頂板厚度除0#塊部分為0.45m外，其余梁段為0.28m，底板厚從跨中至根部由32cm變化為120cm，箱梁高度和底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬12m，底板寬6.5m，翼緣板懸臂長(zhǎng)度2.75m。主墩墩身采用C50混凝土，墩高最大為132m，墩身采用雙肢變截面矩形空心墩，肢間凈距8m。橋面寬度：0.5m防撞護(hù)欄+11.00m車行道+0.5m防撞護(hù)欄，設(shè)計(jì)荷載：公路-Ⅰ級(jí)。

2試驗(yàn)內(nèi)容

荷載試驗(yàn)分為靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)兩部分，橋梁靜載試驗(yàn)主要是通過(guò)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下各控制截面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展情況，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，它是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)（如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度）、驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論、檢驗(yàn)施工質(zhì)量最直接、最有效的辦法之一。動(dòng)載試驗(yàn)通過(guò)脈動(dòng)試驗(yàn)及行車試驗(yàn)，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的自振特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)等參數(shù)，反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力放大系數(shù)［3］。

2.1靜載試驗(yàn)內(nèi)容

為充分反映橋梁在邊跨、墩頂及中跨最不利控制截面強(qiáng)度和剛度等情況，靜載試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)工況，如圖1所示。

（1）工況1：邊跨主梁最大正彎矩及撓度工況（A-A控制截面）。

（2）工況2：墩頂截面主梁最大負(fù)彎矩工況（B-B控制截面）。

（3）工況3：中跨跨中截面主梁最大正彎矩及撓度工況（C-C控制截面）。

2.1.1撓度測(cè)試

本次撓度和支點(diǎn)沉降測(cè)點(diǎn)布置于橋面，縱橋向撓度測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示，橫向沿車行道上下游邊緣線分別布置測(cè)點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

2.1.2應(yīng)變測(cè)試

應(yīng)變控制截面為A-A/B-B/C-C3個(gè)截面，應(yīng)變測(cè)試方式采用在混凝土表面粘貼應(yīng)變片，每個(gè)截面布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)［4］，采用無(wú)線信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)DH3809進(jìn)行測(cè)量，。測(cè)試截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

2.1.3裂縫觀測(cè)

荷載試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)橋梁外觀檢測(cè)存在裂縫構(gòu)件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)荷載試驗(yàn)過(guò)程中裂縫變化情況，并監(jiān)測(cè)控制截面附近是否有裂縫產(chǎn)生，通過(guò)已有裂縫的發(fā)展情況及是否有新裂縫產(chǎn)生來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的抗裂性能［2］。

2.2動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)通過(guò)脈動(dòng)試驗(yàn)及行車試驗(yàn)，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

2.2.1脈動(dòng)試驗(yàn)

采用脈動(dòng)法進(jìn)行自振特性測(cè)試，由拾振器采集信息，經(jīng)電荷放大到磁帶機(jī)內(nèi)，過(guò)對(duì)脈動(dòng)波形進(jìn)行頻譜分析，得到脈動(dòng)時(shí)橋梁的自振頻率。

2.2.2行車試驗(yàn)

2.2.2.1無(wú)障礙行車試驗(yàn)

在橋面無(wú)任何障礙的情況下，用一輛載重汽車分別以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度往返通過(guò)橋跨結(jié)構(gòu)，測(cè)定橋梁在運(yùn)動(dòng)車輛荷載作用下C-C截面的動(dòng)力響應(yīng)［1］。

2.2.2.2有障礙行車試驗(yàn)

跳車試驗(yàn)主要針對(duì)試驗(yàn)跨跨中截面進(jìn)行，采用一輛載重汽車分別以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h的速度跨越設(shè)在C-C截面的障礙物，模擬橋面鋪裝局部損傷狀態(tài)，以測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時(shí)運(yùn)行車輛荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)［1］。

3有限元模型分析

該橋采用有限元軟件建立平面桿系模型進(jìn)行計(jì)算分析。主梁和橋墩均采用梁?jiǎn)卧M，墩底設(shè)置固定支座，墩柱和主梁之間連接采用剛性連接，限制轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)自由度，邊跨梁端設(shè)置活動(dòng)自由度，限制豎向方向平動(dòng)自由度。有限元模型共離散劃分為242個(gè)節(jié)點(diǎn)，239個(gè)單元，有限元模型如圖4所示。

通過(guò)有限元模型計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下內(nèi)力，根據(jù)荷載等效原則，采用控制截面的靜載試驗(yàn)效率系數(shù)0.85～1.05進(jìn)行控制，計(jì)算荷載試驗(yàn)車輛布置，本次荷載試驗(yàn)加載效率系數(shù)如表1所示。

4試驗(yàn)結(jié)果

4.1靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)荷載作用下，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果如表2所示，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.56～0.91之間，測(cè)試斷面混凝土相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20％，卸載后應(yīng)變都恢復(fù)良好，表明橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性階段。

在試驗(yàn)荷載作用下，撓度測(cè)試結(jié)果如表3所示，試驗(yàn)撓度值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.54～0.86之間，卸載后撓度都恢復(fù)良好，相對(duì)殘余變形均小于20%。說(shuō)明大橋的抗彎剛度較好［1］。

4.2動(dòng)載試驗(yàn)小結(jié)

4.2.1行車試驗(yàn)

行車試驗(yàn)測(cè)定結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下沖擊系數(shù)，測(cè)試結(jié)果如表4所示，測(cè)得無(wú)障礙行車試驗(yàn)沖擊系數(shù)在1.01～1.042之間，小于理論計(jì)算值1.05，有障礙行車沖擊系數(shù)在1.15～1.22之間，較無(wú)障礙行車沖擊系數(shù)明顯增大。

4.2.2脈動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)有限元模型計(jì)算分析，理論計(jì)算一階豎向振型如圖5所示，脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)得該橋一階豎向振動(dòng)頻譜如圖6所示。實(shí)測(cè)基頻1.074Hz大于理論計(jì)算值0.873Hz，表明實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度指標(biāo)較好。

5結(jié)論

（1）試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)撓度值、應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.54～0.86之間，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.56～0.91之間。相對(duì)殘余變形和相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%。說(shuō)明橋梁試驗(yàn)荷載作用下，處于彈性工作狀態(tài)［1］。橋梁的抗彎剛度和強(qiáng)度較好，能滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

（2）靜載實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行觀察，結(jié)果表明，在加載至最不利荷載后未發(fā)現(xiàn)裂縫開展情況。

（3）脈動(dòng)試驗(yàn)得到實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)基頻大于理論計(jì)算值，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際固有剛度較好。

（4）通過(guò)行車和跳車實(shí)驗(yàn)，得到了勻速行車荷載沖擊系數(shù)，無(wú)障礙行車沖擊系數(shù)小于理論計(jì)算值。實(shí)測(cè)跳車沖擊系數(shù)較無(wú)障礙行車?yán)碚摏_擊系數(shù)明顯增大，因此在橋梁的運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)橋面鋪裝的養(yǎng)護(hù)，避免橋面鋪裝損壞造成不利影響。

參考文獻(xiàn)

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