多跨連續(xù)剛構(gòu)橋的荷載試驗研究

謝勇 王華

摘 要：連續(xù)剛構(gòu)施工便利，造價較低且適應山區(qū)地形特點，因此被廣泛應用于山區(qū)高等級公路橋梁中。遇到山區(qū)常見的“U”、“V”狀峽谷地形，常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)。本文對一座5跨連續(xù)剛構(gòu)橋進行了結(jié)構(gòu)理論計算和動靜載試驗，評價大橋在設計使用荷載下的結(jié)構(gòu)性能，為山區(qū)多跨連續(xù)剛構(gòu)橋型的試驗檢測提供參考。

關鍵詞：山區(qū)，多跨連續(xù)剛構(gòu)，荷載試驗

中圖分類號： S773.4 文獻標識碼：A

連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂法施工，對機具、場地及運輸條件的要求低，在山高坡陡、施工場地狹窄的山區(qū)，具有很強的適應性。一般山區(qū)常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)的橋型，對于多跨連續(xù)剛構(gòu)則較少開展。本文對一座5跨連續(xù)剛構(gòu)進行了結(jié)構(gòu)理論計算和動靜載試驗，對進一步完善多跨連續(xù)剛構(gòu)的試驗檢測方法和承載能力的評定提供參考。

1、工程概述

烏江特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為108+3×200+108m預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋位路線在距思南縣城下游約2.5km處跨越烏江，烏江水域在此寬度為270米，測時水深5米左右，水流較緩。下部主墩為雙薄壁空心墩、分隔墩為單薄壁空心墩，采用樁基礎，主橋橋墩采用C40混凝土。上部為分離式橋梁，分左右兩幅，箱梁構(gòu)造采用C55混凝土，采用變截面單箱單室斷面。

2、靜載試驗

2.1 方案選擇

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》JTG/T J21-2011里的相關規(guī)定，“對于多跨或多孔橋梁，應根據(jù)橋梁技術狀況檢查評定情況，選擇具有代表性的或最不利的橋跨進行承載能力檢測評定?！北敬螜z測橋梁為新建分離式左右兩幅結(jié)構(gòu)，且為5跨對稱結(jié)構(gòu)，經(jīng)與業(yè)主協(xié)商，各選擇左、右幅第11、12跨為試驗橋跨。

2.2 試驗內(nèi)容

測試相應加載工況下試驗加載截面控制部位的應變（應力），以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)強度是否到達驗算荷載要求；

測試各加載工況下橋跨撓度分布，以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)剛度是否達到驗算荷載要求。

2.3 測試截面及測點布置

橋面撓度測試截面：在橋面上設8個撓度測試截面，采用精密光學水準儀進行測試，測點布置詳見圖1。應力（應變）測試截面：共設4個應力測試截面，在箱梁內(nèi)部底板打磨，每個測區(qū)貼2片應變片，保證數(shù)據(jù)的可靠性，采用揚州晶明JM3812進行測試，詳見圖2。

圖1撓度測試截面布置圖（單位：cm） 圖2應力測試截面布置圖(單位：cm)

2.4 試驗荷載

結(jié)構(gòu)計算中按公路I級最不利布載，取控制截面最大彎矩作為試驗加載截面的控制值。各試驗加載截面的控制內(nèi)力見表1：

表1靜力試驗荷載效率

工況

序號 工況內(nèi)容 用車量

（臺） 控制部位 設計控制值

（kN?m） 試驗計算值

（kN?m） 荷載效率

1 邊跨最大正彎矩 6 J1截面 34098.70 32402.77 0.95

2 墩頂最大負彎矩 10 J2截面 -133303.80 -113402.47 0.85

1/4最大負彎矩 10 J3截面 -32814.40 -30907.60 0.94

中跨最大正彎矩 10 J4截面 35914.50 37764.99 1.05

2.5 試驗工況

共進行2種情況的加載試驗，即2個加載工況，具體如下：

工況1：J1M+偏載作用下應變和撓度測試；工況2：J2M-、J3M-、J4M+偏載作用下應變和撓度測試。

2.6 試驗結(jié)果

（1）應力

在試驗荷載作用下，測試截面的實測應力及與計算應力的比較見表2～表3。

表2 試驗荷載作用下左幅橋?qū)崪y應力與計算應力對比表

試驗工況 測試截面 彈性應力（MPa） 計算值

（MPa） 校驗系數(shù)η（／）

工況1 J1下緣測點 0.83 1.77 0.47

工況2 J2上緣測點 0.57 1.06 0.54

J3上緣測點 0.32 0.78 0.41

J4下緣測點 1.26 3.05 0.41

表3 試驗荷載作用下右幅橋?qū)崪y應力與計算應力對比表

試驗工況 測試截面 彈性應力（MPa） 計算值

（MPa） 校驗系數(shù)η（／）

工況1 J1下緣測點 0.86 1.77 0.49

工況2 J2上緣測點 0.36 1.06 0.34

J3上緣測點 0.36 0.78 0.46

J4下緣測點 1.60 3.05 0.52

從表2～表3可以看出：測試截面的實測應力均小于理論計算值，橋跨結(jié)構(gòu)強度足要求。

（2）撓度

各工況試驗荷載作用下，左幅橋撓度測試截面的實測值及與計算值的比較曲線見圖3~圖4。

圖3 左幅橋工況1撓度曲線圖4 左幅橋工況2撓度曲線

左幅橋?qū)崪y值與理論計算值的線性相關曲線見圖5~6。

圖5 左幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關曲線 圖6左幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關曲線

各工況試驗荷載作用下，右幅橋撓度測試截面的實測值及與計算值的比較曲線見圖3~圖4。

圖7 右幅橋工況1撓度曲線圖8 右幅橋工況2撓度曲線

右幅橋各截面的實測值與理論計算值的線形相關曲線見圖5~8。

圖9 右幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關曲線 圖10 右幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關曲線

從圖3～圖10可以看出：試驗加載下，實測撓度小于理論計算撓度，線性相關系數(shù)在0.95以上，卸載后撓度回復正常，表明在試驗荷載下，試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

（3）裂縫檢查

在各工況滿載情況下，在箱梁內(nèi)部對各控制截面仔細觀察，未發(fā)現(xiàn)表面可見裂縫。

3、動力荷載試驗

3.1 試驗內(nèi)容

動載試驗主要針對大橋第11跨進行，包括以下內(nèi)容：橋跨結(jié)構(gòu)自振特性、J4截面行車動力響應試驗。

3.2 測點布置

在中跨跨中截面布置豎向加速度測點和縱向動應變。

3.3 理論振型

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL2011計算橋跨結(jié)構(gòu)自振特性，其結(jié)果見圖11。

圖11 一階豎向彎曲計算振型（f1=0.687Hz）

3.4 實測

大橋動態(tài)測試采用揚州晶明JM3844進行，實測左、右幅一階基頻為1.000，理論計算一階基頻為0.687，實測值大于理論計算值。

汽車以10km/h～50km/h的速度進行跑車試驗，得出測試截面最大動應變和沖擊系數(shù)如表4～表5所示。

表4左幅橋動應變和沖擊系數(shù)分析表

工況

項目

測試參數(shù) 無障礙行車試驗

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大動應變 4.354 4.684 4.559 4.244 4.610

沖擊系數(shù) 1.078 1.078 1.074 1.066 1.032

表5右幅橋動應變和沖擊系數(shù)分析表

工況

項目

測試參數(shù) 無障礙行車試驗

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大動應變 4.068 4.275 4.822 4.673 4.976

沖擊系數(shù) 1.025 1.041 1.050 1.025 1.034

通過表4～表5看出：左幅橋無障礙行車試驗的沖擊系數(shù)介于1.032~1.078之間，右幅橋無障礙行車試驗的沖擊系數(shù)介于1.025~1.050之間，表明大橋橋面較平整，跑車引起的沖擊較小。

4、結(jié)語

通過靜載試驗可知：橋梁結(jié)構(gòu)實測應力均小于計算值，實測撓度小于計算撓度，卸載后上撓度回復正常，橋跨結(jié)構(gòu)強度和剛度滿足要求。

通過橋跨結(jié)構(gòu)自振特性測試，實測基頻大于理論值，表明結(jié)構(gòu)的剛度滿足要求；通過無障礙行車試驗表面橋面較平整。

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作者簡介：謝勇(1981.11---)，男，本科學歷，貴州省惠水人，工程師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)分析與檢測。