達(dá)州金龍大橋靜、動載試驗(yàn)及分析

寇子鵬,馬 戎,孫 勇

（1.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司成都分公司；2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)土木工程系；3.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院）

1 工程概況

達(dá)州金龍大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,跨徑布置為88m+150m+88m。主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為分幅式箱梁。每幅主橋采用單箱單室截面,箱梁頂板寬15m,底板寬9m,外翼板懸臂長3m,橋面縱坡2.49％,頂板設(shè)2％的單向橫坡?？缰屑斑吙缰Ъ墁F(xiàn)澆段梁高3.2m,墩梁相接的根部斷面及墩頂0#梁段的梁高9.5m,其梁高按1.7次拋物線變化。車輛荷載等級：城-A級,人群荷載：3.5 kN/m2。

2 試驗(yàn)方案

為檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能是否滿足設(shè)計(jì)要求,承載力是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),以及檢驗(yàn)其運(yùn)營使用性能,對達(dá)州金龍大橋進(jìn)行靜、動載試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

主要測試主梁各控制截面相應(yīng)的試驗(yàn)荷載及工況下的數(shù)據(jù)。

（1）橋梁資料調(diào)查。

包括橋梁結(jié)構(gòu)竣工資料搜集和橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢查兩部分。設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書、變更設(shè)計(jì)和作為設(shè)計(jì)依據(jù)的原始資料、監(jiān)理資料等,資料不全的分部結(jié)構(gòu)要做說明。

對該橋的結(jié)構(gòu)幾何尺寸和梁體線形、支座標(biāo)高進(jìn)行調(diào)查。進(jìn)行裂縫檢查及橋面檢查,觀察裂縫是否存在并分析其狀態(tài)及影響。

（2）靜載試驗(yàn)內(nèi)容。

①測試西外開發(fā)區(qū)側(cè)邊跨跨中（附近）最大正彎矩（AA斷面）、主跨內(nèi)支點(diǎn)（附近）最大負(fù)彎矩（B-B斷面）、主跨L/4處正彎矩（C-C斷面）、跨中最大正彎矩（D-D斷面）、連續(xù)剛構(gòu)固結(jié)墩墩身最大彎矩（E-E斷面）,斷面位置如圖1所示。

②對各測試斷面進(jìn)行應(yīng)力測試；對各加載工況下的主跨與邊跨按1/4等分點(diǎn)處撓度進(jìn)行測試、對支座處豎向、水平位移進(jìn)行測試；各考察斷面偏載系數(shù)及荷載橫向分布系數(shù)檢驗(yàn)。

③動載試驗(yàn)內(nèi)容。

a自振特性試驗(yàn)。包括橋梁整體結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)的低階振型、基頻、阻尼。

b激振試驗(yàn)（跑車、跳車與制動）。針對主跨結(jié)構(gòu)跨中截面進(jìn)行,測試內(nèi)容包括：5、10、15、20、30、40、50、60 km/h等8種速度跑車效應(yīng)、跳車效應(yīng)和制動效應(yīng)（動應(yīng)變及沖擊系數(shù)）。

圖1 測點(diǎn)斷面布置圖（單位：cm）

2.2 測點(diǎn)布置

根據(jù)荷載試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)橋跨特點(diǎn),應(yīng)變測試采用表面應(yīng)變計(jì),布置在測試斷面箱形梁內(nèi)混凝土表面。在邊跨及主跨上、下游均按1/4等分處橋面布置28個靜態(tài)撓度觀測點(diǎn)；在試驗(yàn)橋跨上、下游支座處布置豎向、水平位移觀測點(diǎn)。在橋面布置拾振器,在主跨跨中（D-D斷面）箱梁頂及底部布置動應(yīng)變測點(diǎn)。

2.3 加載工況

（1）靜力試驗(yàn)荷載確定原則。

采用載重車充當(dāng)試驗(yàn)荷載,所需車輛荷載的數(shù)量,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)檢算得到的橋梁結(jié)構(gòu)測試斷面在控制荷載下產(chǎn)生的最大彎矩之最不利效應(yīng)值及等效換算而得。達(dá)州金龍大橋?yàn)槌鞘袠蛄?在實(shí)際加載過程中,為了滿足縮短試驗(yàn)時(shí)間以及簡化工況的目的,根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果并且實(shí)施試驗(yàn)控制以保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,靜載荷載效率系數(shù)可以加大。

式中：η為靜力試驗(yàn)荷載效率；Sstate為試驗(yàn)荷載作用下某一檢驗(yàn)項(xiàng)目最大效應(yīng)值；S為設(shè)計(jì)控制荷載作用下檢驗(yàn)項(xiàng)目的最不利效應(yīng)值；μ為規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

（2）試驗(yàn)荷載與加載工況。

試驗(yàn)荷載根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)檢算確定的各個控制截面的最不利彎矩,通過等效的試驗(yàn)車輛荷載加載到相應(yīng)位置。采用10臺各總重為35 t、6臺各總重為25 t雙橋載重汽車布載。汽車參數(shù)見圖2。

圖2 現(xiàn)場用加載車輛示意圖（單位：cm）

各加載工況車輛布置圖如圖3所示。

圖3 各加載工況車輛布置圖（單位：cm）

達(dá)州金龍大橋梁結(jié)構(gòu)為箱形截面,截面受力性狀較復(fù)雜。本試驗(yàn)采用平面桿系有限元分析方法,把橋墩和主梁結(jié)構(gòu)離散為130個單元和141個節(jié)點(diǎn),其中主梁由109個單元組成。詳細(xì)分析結(jié)果見表1試驗(yàn)荷載效率。

2.4 測試方法與設(shè)備

本試驗(yàn)將加載過程分成預(yù)加載和2～4級加載,兩級卸載。加載方式為單次逐級遞加到最大荷載,然后逐級卸到零級荷載。以達(dá)到對橋梁結(jié)構(gòu)承載能力實(shí)現(xiàn)有效鑒定的效果。靜力試驗(yàn)荷載的加載分級,主要依據(jù)是由試驗(yàn)截面最大彎矩的最不利效應(yīng)值的40％、60％、80％、100％等級所需要的加載車輛而確定,對同一加載截面,先分級加載,橫向?qū)ΨQ加載。一旦出現(xiàn)不良狀態(tài),立即終止加載程序。

表1 試驗(yàn)荷載效率

各測試斷面的應(yīng)力,采用在梁體表貼箔式應(yīng)變計(jì),由7V 14電阻應(yīng)變測量系統(tǒng)測量,溫度補(bǔ)償用擱置在測點(diǎn)附近事先貼好應(yīng)變計(jì)的混凝土塊實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。每一觀測截面處設(shè)一觀測站。在橋面上、下游側(cè)等距離布置測點(diǎn),經(jīng)支座沉降修正得到橋跨結(jié)構(gòu)在和荷載作用下?lián)隙取?/p>

動力試驗(yàn)擬采用脈動法或重車激振余振法進(jìn)行自振頻率測試,動應(yīng)力是根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果,在各種車速及工況下進(jìn)行試驗(yàn)；截面沖擊采用動應(yīng)力來換算；內(nèi)力影響線測試、動態(tài)增大效應(yīng)也采用動應(yīng)力換算的方法進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果

各工況下橋跨結(jié)構(gòu)撓度實(shí)測值及其與計(jì)算值比較可知：主梁各撓度考察斷面上、下游撓度實(shí)測值基本一致且與理論計(jì)算值接近,表現(xiàn)規(guī)律一致,撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.63～0.97之間。表明橋梁結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度,滿足設(shè)計(jì)要求。

工況D偏載作用下主跨各測試斷面撓度比較與分析可知：主梁撓度偏載增大系數(shù)在1.06～1.15之間,與理論計(jì)算取用值1.15接近,表明橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的抗扭性能。

3.2 動載測試結(jié)果

實(shí)測橋跨結(jié)構(gòu)水平橫向彎曲振動一階頻率（基頻）為1.18Hz,相應(yīng)阻尼比為1.70％；豎向彎曲振動第一階頻率為1.24Hz,相應(yīng)阻尼比為3.21％,豎向彎曲振動第二階頻率為2.61Hz。橋梁結(jié)構(gòu)豎向彎曲振動基頻、水平橫向振動基頻以及其結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)均在正常范圍內(nèi),表明橋跨結(jié)構(gòu)具有足夠的抗彎剛度,動力性能滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

4 結(jié)論

通過對達(dá)州金龍大橋的靜、動載試驗(yàn)檢測,表明達(dá)州金龍大橋在各工況下的最不利截面應(yīng)力、主梁位移及結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)特征的實(shí)測值與理論計(jì)算值符合良好。橋梁結(jié)構(gòu)各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求,橋梁具有較的剛度、豎向振幅較小。達(dá)州金龍大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工程施工質(zhì)量優(yōu)良、性能可靠、適用性好、可滿足正常的使用要求。

[1]中華人民共和國交通部.JTG60-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵計(jì)規(guī)范[S].

[2]胡大琳.橋涵工程試驗(yàn)檢測技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2001.

[3]交通部公路科學(xué)研究所,等.大跨度混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[R].1982.

[4]趙金俠,謝建和.孔灣立交橋東胡港橋靜動荷載試驗(yàn)與評價(jià)[J].國外建材科技,2004,（25）.