某水電站進(jìn)場公路橋梁成橋荷載試驗(yàn)研究

胡 勇 譚冬蓮

在通車之前對橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn),其目的在于檢測橋跨結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與橋跨結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)荷載作用下的工作性能是否吻合[1-6]。本文以某水電站進(jìn)場公路橋梁的荷載試驗(yàn)為背景,針對大噸位荷載試驗(yàn)的特點(diǎn),對荷載試驗(yàn)相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算、靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1 工程概況試驗(yàn)

某大橋連接水電站進(jìn)場公路左右岸,是一座懸鏈線空腹無鉸鋼筋混凝土箱形拱橋,橋梁凈跨徑為120 m,橋梁凈矢高為20 m;橋面寬度:1.5 m(防撞護(hù)欄)+10 m(行車道)+1.5 m(防撞護(hù)欄)。車道數(shù)為雙向二車道;設(shè)計(jì)荷載為汽車—63 t。

2 仿真分析

2.1 有限元模型的建立

采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/civil計(jì)算,橋跨結(jié)構(gòu)采用梁單元,全橋分為1492個(gè)節(jié)點(diǎn),2408個(gè)單元,模型的材料參數(shù)按設(shè)計(jì)圖紙取用。全橋結(jié)構(gòu)離散圖和結(jié)構(gòu)有限元模型如圖1所示。

2.2 荷載效率系數(shù)計(jì)算

采用上述計(jì)算模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算,按照該橋設(shè)計(jì)荷載,可計(jì)算出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載下的內(nèi)力及試驗(yàn)荷載下的內(nèi)力,得到本次荷載試驗(yàn)的荷載效率系數(shù)如表1所示。

由表1可知,該橋所有構(gòu)件控制截面試驗(yàn)荷載效率系數(shù)均處于0.8～1.05,符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 靜載試驗(yàn)

表1 靜載試驗(yàn)計(jì)劃加載工況及荷載效率系數(shù)

3.1 控制截面及測點(diǎn)布置

1)拱圈應(yīng)變測點(diǎn)的布設(shè)。在控制截面處粘貼電阻應(yīng)變片,采用CM-2B-64型靜態(tài)應(yīng)變測量分析系統(tǒng)測量。應(yīng)變測試斷面見圖2,全橋設(shè)置G1—G1,G2—G2,G3—G3,G4—G4,G5—G5共五個(gè)應(yīng)變測試斷面。即為拱腳斷面、L/4斷面、拱頂、3L/4斷面。測點(diǎn)布置在拱底板(見圖2)。2)拱圈撓度測點(diǎn)的布設(shè)。撓度采用精密水準(zhǔn)儀測試,撓度測試斷面布設(shè)在F1—F1,F2—F2,G3—G3,F4—F4,F5—F5斷面,測試斷面布置及撓度測點(diǎn)布置見圖 3。

3.2 加載工況及試驗(yàn)荷載

全橋共進(jìn)行了6個(gè)工況的測試,工況Ⅰ:G3—G3斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅱ:G3—G3斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車;工況Ⅲ:G4—G4斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅳ:G4—G4斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車;工況Ⅴ:G5—G5斷面最不利正彎矩布載(中載),6車;工況Ⅵ:G5—G5斷面最不利正彎矩布載(偏載),6車。

根據(jù)分析結(jié)果最終確定,將汽車—63 t列為橋梁靜載試驗(yàn)的控制荷載,試驗(yàn)時(shí)采用四軸載重汽車(總重50 t)進(jìn)行等效布載,荷載效率均在0.9左右。為了保證試驗(yàn)的有效性,試驗(yàn)前對每輛車都嚴(yán)格過磅,記錄下各輛車的實(shí)際軸重、總重、輪間距和軸間距。

4 靜載測試結(jié)果及分析

4.1 應(yīng)力測試結(jié)果及分析

圖4給出了拱頂截面應(yīng)力工況Ⅰ的實(shí)測值與理論值比較結(jié)果。由測試數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的對比可以看出,測試應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力變化趨勢相當(dāng)吻合,校驗(yàn)系數(shù)均小于1,亦即實(shí)測值要比計(jì)算值稍小,表明結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求并有一定的承載潛力。

4.2 撓度測試結(jié)果及分析

表2 主橋中載工況撓度實(shí)測值與計(jì)算值對照表 mm

5 動(dòng)載試驗(yàn)及其結(jié)果分析

靜載試驗(yàn)完成后,進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)。用一輛加載車以5 km/h的速度行駛測定橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。由時(shí)程圖的自譜分析結(jié)果可以看到,結(jié)構(gòu)在車速為5 km/h脈動(dòng)作用下的一階頻率為2.34375 Hz。

6 結(jié)語

1)各工況的實(shí)測值與理論計(jì)算值吻合良好,表明結(jié)構(gòu)仿真分析模型能很好地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。2)該橋靜載試驗(yàn)共進(jìn)行了6個(gè)工況的加載試驗(yàn),荷載效率系數(shù)為0.89～0.93,屬于基本荷載試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果能充分反映橋梁的實(shí)際工作狀況。綜合分析成橋狀態(tài)和試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載水平作用下各主要受力構(gòu)件始終處于安全狀態(tài),并且結(jié)構(gòu)變形控制在容許范圍內(nèi),可以滿足實(shí)際使用要求。3)結(jié)構(gòu)應(yīng)變和變形的實(shí)測值與計(jì)算值變化趨勢吻合良好,校驗(yàn)系數(shù)均小于1,亦即計(jì)算理論值大于實(shí)測值,表明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,并有一定的承載潛力。4)試驗(yàn)荷載(相當(dāng)于汽車—63 t)作用下,結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形都較小,且沒有殘余應(yīng)力和殘余變形。5)由動(dòng)載試驗(yàn)可知,大橋?qū)崪y基頻約為2.34 Hz,剛度滿足要求。

[1]YC 4-1982,大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[S].

[2]張秋陵,肖光宏.奉節(jié)長江大橋成橋荷載試驗(yàn)研究[J].世界橋梁,2009(1):46-48.

[3]周 安,楊慶印,郝成義.基于靜載試驗(yàn)的橋梁結(jié)構(gòu)性能評價(jià)[J].工程與建設(shè),2008,22(5):695-697.

[4]劉勁草,王永光.鋼筋砼剛架拱橋荷載試驗(yàn)[J].吉林交通科技,2009(1):40-42.

[5]譚冬蓮,寧 立,游金蘭.預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁施工現(xiàn)場的靜載試驗(yàn)研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2007,24(4):51-53.

[6]王曉彤,劉長山,王永光.大跨徑預(yù)應(yīng)力砼箱梁動(dòng)載試驗(yàn)[J].吉林交通科技,2008(4):31-33.