多跨連續梁橋荷載試驗及承載力評價研究

摘要 文章以某大橋左幅多跨連續梁橋為研究對象，進行了動、靜荷載試驗。利用實測的變形和應變數據，進行靜力試驗并對連續梁橋進行了校核，以確定其實際承載能力。同時，進行了梁橋動載荷實驗，測定其主要工作頻率分量和真實碰撞系數，并與有限元仿真以及規范計算結果進行比較和分析。分析表明，該梁橋的剛度、強度及動力特性都達到了設計要求，其受力狀況良好，實際承載力達到了橋梁荷載設計等級公路-I級標準。

關鍵詞 多跨連續梁橋；荷載試驗；承載力評價

中圖分類號 U441.2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0094-03

0 引言

多跨連續梁橋是大跨度橋梁中常見的結構形式之一，其在橋梁建設領域中占有重要地位。橋梁結構荷載試驗與承載力評價是確保橋梁安全可靠運行的關鍵環節，通過這一過程可以深入了解橋梁結構的承載能力和運營質量。靜荷載試驗和動荷載試驗作為衡量橋梁性能的重要手段，能夠有效評價橋梁的承載能力以及動力特性，從而為橋梁的設計、維護和管理提供科學依據。

1 荷載試驗的關鍵技術

1.1 加載方式與速率

加載方式與速率對荷載試驗的結果具有重要影響。加載方式分為分級加載、一次性加載等，而加載速率則應根據橋梁的類型、材料特性等因素進行選擇[1]。

1.2 變形與位移監測

在荷載試驗過程中，通過位移計、全站儀等設備，精確測量橋梁在荷載作用下的變形情況，從而評估其承載能力和穩定性。

1.3 應力與應變分析

通過布置應變片、使用應力測量儀等設備，實時監測橋梁結構在荷載作用下的應力與應變分布，為評估橋梁的安全性和性能提供重要依據。

1.4 數據采集與處理

數據采集與處理需要采用高精度、高穩定性的數據采集設備，確保試驗數據的準確性和可靠性[2]。同時，還需要對數據進行預處理、濾波、分析等，以提取出對評估橋梁性能有用的信息。

2 工程概況

某大橋左幅橋梁全長為569.0 m，右幅橋梁全長為559.0 m。該橋荷載試驗僅以左幅連續梁橋為研究對象，橋面鋪裝采用8 cm厚的C50混凝土防水層和10 cm厚的瀝青混凝土。橋梁荷載等級為公路-I級，設計時速為100 km/h，設計雙向四車道。

3 試驗方案

3.1 靜荷載試驗

靜力實驗的加載模式以單臺三軸車輛為等效載荷，并對設計活載引起的內力進行仿真[3]。所以，對于一個特定的試驗項目（斷面）來說，其所需要的荷載數目，是按照設計基準活荷載在這個工程（截面）上所產生的最不利內力或變位進行的等價轉換。不同部分的載荷效率會隨著加載位置的變化而變化，η在0.85～1.05范圍內。

3.1.1 測點布設

根據該橋結構特點以及現場測試條件，最終確定該次荷載試驗的試驗橋跨及測試截面為左幅第2聯（86+160+86）m連續剛構橋第4～6跨；第3聯2 m×40 m結構連續T梁第7、8跨；第4聯1 m×30 m簡支T梁第9跨。

（1）應變測試截面：左幅第2、3、4聯第4、5、6、7、8、9跨最大正彎矩1-1、3-3、6-6、7-7、9-9、10-10截面，最大負彎矩2-2、5-5、8-8截面。

應變測試方式：以主梁為中心，對斷面混凝土進行表面應力控制；用一臺JJM3812型靜態試驗機，將標距為80 mm、電阻為120 Ω的應變計粘貼于混凝土表面。

（2）撓度測試截面：左幅第2、3、4聯第4、5、6、7、8、9跨最大正彎矩1-1、3-3、6-6、7-7、9-9、10-10截面。靜載試驗測點布置見圖1所示。

3.1.2 試驗荷載

采用等效彎矩、軸力等效的方法對各控制斷面加載，并保證各控制斷面的加載效率符合檢驗規范的規定。在測試前，先對裝載車輛稱重，然后根據實際結果對其進行編組，從而確定每一種載荷狀態下的裝載位置。加載方式采用分級控制的方法，卸載方式選用依次慢速有序的方法。

3.2 動荷載試驗

動荷載試驗主要包括結構的動力特性和動荷載作用下結構的動力響應。試驗采用脈動試驗、行車余振激勵和連續剛構橋模態測試三種激勵方式。脈動試驗是在沒有車輛行駛的條件下，通過對周圍環境的隨機激勵的長期脈沖響應測試。行駛余振激勵：一臺汽車在不同車速下行駛，對出橋后橋主梁的自由振動信號進行采集。連續剛構橋模態測試需要測量前三階豎向振型，動載試驗程序分為五種工況，工況內容包含脈動試驗和無障礙行車試驗。

根據現場條件，動載試驗測點布置見圖2所示。

4 試驗結果分析

4.1 靜荷載試驗數據分析

4.1.1 應變檢測結果

以左幅主橋1-1截面正載應變檢測結果為例，試驗荷載作用下，左幅1-1截面正載實測應變曲線見圖3所示，實測彈性應變與理論計算應變的比較見圖4所示（說明：圖中應變以με為單位）。

該靜載荷載效率在0.85～1.05的范圍內，達到了《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01—2015）中有關靜荷載試驗中荷載的各項指標。

結果可知，實測彈性應變與理論計算的應變值整體趨勢相同，在1-1、1-2、1-3、1-4測點處實測的彈性應變值均低于理論計算應變值，而在1-6、1-7、1-8測點處實測的彈性應變值均不低于理論計算應變值，至1-10測點處實測的彈性應變值再次低于理論計算應變值，整體存在一定的波動，但仍在可波動范圍內。

根據試驗結果，可以得出：某大橋在試驗荷載條件下呈彈性工作狀態，符合公路-Ⅰ級車輛荷載下的一般使用需求；左幅第2聯主橋連續剛構橋和左幅第3聯引橋2 m×40 m結構連續T梁的橋跨控制斷面上主要測點，其實測的應變校驗系數范圍分別為0.33～1.00和0.38～0.92，而左側第四聯引橋1 m×30 m的簡支T梁試驗橋跨的主控制斷面上主要測點的應變校核系數為0.36～0.61。此外，各荷載工況在卸載后各測點的相對殘余應變均在20%范圍內，均顯示了橋梁具有良好的穩定性和性能。

4.1.2 撓度檢測結果

試驗荷載作用下，某大橋左幅第2聯主橋連續剛構橋試驗橋跨的主要控制截面，其實測的最大彈性撓度為11.84 mm，撓度校驗系數為0.54～0.93；左幅引橋第3聯2 m×40 m結構連續T梁試驗橋跨的主要控制截面，其實測的最大彈性撓度為8.13 mm，撓度校驗系數為0.67～0.97；左幅引橋第4聯1 m×30 m結構簡支T梁試驗橋跨實測顯示，主要控制截面的最大彈性撓度為5.40 mm，撓度校驗系數為0.36～0.49。

卸載后撓度恢復正常，各荷載工況下主要控制測點相對殘余撓度均在20%范圍內。在試驗荷載下，試驗橋跨結構的整體剛度達到了公路-I級車輛荷載的正常使用要求。

4.2 動荷荷載檢測結果

（1）結構自振特性檢測。為確保橋梁在使用過程中的安全可靠，采用脈動激勵橋梁振動的方法進行結構的自振檢測，通過使用高靈敏加速度計捕捉的自振信號，進而深入了解結構的動態響應及自振頻率，具體的實測結果如表1所示。

（2）阻尼比。借用波形分析法得到橋梁結構的阻尼參數，左幅（86+160+86）m連續剛構橋的阻尼比為4.22%；左幅2 m×40 m結構連續T梁（7-7截面）的阻尼比為1.33%；左幅2 m×40 m結構連續T梁（9-9截面）的阻尼比為1.28%；左幅1 m×30 m結構簡支T梁（10-10截面）的阻尼比為1.34%。

（3）動力試驗荷載加載效率見表2所示。

實測某大橋左幅第2聯連續剛構橋的豎向一階、二階、三階基頻，均高于相應的理論計算值。實測1-1、3-3、6-6截面的沖擊系數在0.02～0.05之間，不大于理論計算沖擊系數μ=0.05。

左幅第3聯2 m×40 m結構連續T梁的豎向一階基頻為4.10 Hz，高于相應的理論計算值2.73 Hz，實測阻尼比為1.33%。行車振動響應分析顯示，實測基頻與脈動實測基頻接近，且均高于理論基頻。此外，實測7-7、9-9截面的沖擊系數在0.03～0.14范圍內，不大于理論計算沖擊系數μ=0.16。

左幅第4聯1 m×30 m結構簡支T梁的豎向一階基頻實測值為6.06 Hz，高于相應的理論計算值3.77 Hz，實測阻尼比為1.34%。實測10-10截面沖擊系數在0.08～0.22范圍內，不大于理論計算沖擊系數μ=0.22。

分析表明，實測某大橋左幅試驗橋跨的動力特性和動力響應均在正常范圍內。

5 結論

有限元模型計算結果與實際荷載試驗結果的較好符合性，證明了荷載試驗對橋梁承載力評定的可靠性。通過有限元分析和實際荷載試驗相結合的方法，能夠有效評估橋梁的承載能力，提高了工程設計的準確性和可靠性。實測某大橋左幅試驗橋跨的動力特性和動力響應，均在正常范圍內。現狀態下，該大橋左幅試驗橋跨承載能力能夠滿足公路-I級車輛荷載的正常使用要求。

參考文獻

[1]鄒建波， 許智強， 王隨軍. 某四跨連續梁橋荷載試驗[J]. 四川建筑， 2018（3）： 145-148+151.

[2]陳通， 曾小廣. 多跨預應力混凝土連續梁橋荷載試驗分析[J]. 交通科技， 2013（6）： 19-21.

[3]金永妙， 胡成. 某大跨連續梁橋荷載試驗布載方法研究[J]. 工程與建設， 2010（4）： 507-509.

收稿日期：2024-03-22

作者簡介：馮魏（1991—），男，本科，工程師，研究方向：高速公路橋梁靜動載試驗檢測。