某連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)

許繼明

(中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430080)

某連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)

許繼明

(中冶南方武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司,武漢 430080)

通過(guò)對(duì)江西省南昌縣某連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行靜、動(dòng)力荷載試驗(yàn),測(cè)試其在最不利荷載作用下對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)變、應(yīng)力、撓度。采用DH5923動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng),了解結(jié)構(gòu)體系在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)和受力性能,綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及整體的工作性能。

荷載試驗(yàn); 應(yīng)力; 應(yīng)變; 撓度; 強(qiáng)度; 剛度

連續(xù)剛構(gòu)橋作為大跨徑橋梁的主要型式,它施工方便、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低,尤其是高墩時(shí)造價(jià)明顯降低,越來(lái)越受到橋梁設(shè)計(jì)者的青睞。本文以江西省南昌縣金沙大道南延工程K9+355橋?yàn)楣こ瘫尘?對(duì)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的靜、動(dòng)載試驗(yàn)的試驗(yàn)內(nèi)容和過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,具有一定的工程意義和實(shí)用價(jià)值。

1 工程概況

江西省南昌縣金沙大道南延工程K9+355橋?yàn)榭缬颜x渠而建,上部結(jié)構(gòu)為三跨15 m+20 m+15 m鋼筋混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,砼強(qiáng)度等級(jí)為C30。橋面寬30 m,橫向共分為等寬的2幅橋,每幅橋?qū)?5 m,其主跨支點(diǎn)梁高為1.8 m,跨中梁高為0.7 m,梁底曲線為圓曲線。

下部結(jié)構(gòu)為樁接蓋梁橋臺(tái)、薄壁墩,基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁,橋臺(tái)蓋梁高1.5 m,寬1.7 m,臺(tái)下采用單排鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑為1.5 m;薄壁墩厚0.8 m,墩下采用剛筋混凝土承臺(tái),承臺(tái)厚度1.5 m,臺(tái)下采用單排鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑為1.2 m。所有基樁均要求進(jìn)入弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖不小于1 m。

橋梁按照雙幅進(jìn)行設(shè)計(jì),半幅橋面橫斷面布置形式為:1.5 m人行道+2.25 m非機(jī)動(dòng)車(chē)道+11.25 m車(chē)行道,非機(jī)動(dòng)車(chē)道和車(chē)行道之間未設(shè)置永久性分隔帶。

2 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

荷載試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力性能和承載力。主要包括靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。

靜載試驗(yàn)主要包括:應(yīng)力、應(yīng)變、撓度、裂縫測(cè)試,其主要目的是掌握結(jié)構(gòu)現(xiàn)有工作狀況,判斷橋梁的實(shí)際工作狀況是否處于正常受力狀態(tài)。

動(dòng)載試驗(yàn)主要包括振動(dòng)波形和動(dòng)應(yīng)變測(cè)量,其目的是通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)和紀(jì)錄的波形,得到橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)、自振頻率、陣型與阻尼比等動(dòng)力特性,以檢驗(yàn)橋梁的承載能力、整體剛度,評(píng)定橋梁的整體動(dòng)力特性。

1)靜載試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),利用等效荷載的原則,考慮瀝青混凝土橋面鋪裝層恒載及設(shè)計(jì)活載疊加作用,計(jì)算出試驗(yàn)等效荷載。理論計(jì)算采用現(xiàn)行的有限元分析軟件,為真實(shí)模擬車(chē)輛行駛狀態(tài)及不利情況,加載工況分為對(duì)稱(chēng)布載與偏載工況,偏載工況車(chē)位偏向人行道側(cè)。

測(cè)試內(nèi)容及儀器

(1)應(yīng)變測(cè)試:采用由弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)、集線箱、JMZX-2006綜合測(cè)試儀組成的采集系統(tǒng),測(cè)定混凝土結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變值;

(2)撓度測(cè)試:采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)定結(jié)構(gòu)的靜撓度和支座沉降;

(3)裂縫觀測(cè):采用裂縫測(cè)寬儀對(duì)跨中截面梁底、墩頂截面進(jìn)行觀測(cè)。

2)動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)的具體測(cè)試項(xiàng)目有:模態(tài)試驗(yàn);跳車(chē)試驗(yàn);跑車(chē)試驗(yàn)。

(1)模態(tài)試驗(yàn)(自振頻率測(cè)試)

模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試橋跨為右幅橋梁每跨1/4點(diǎn)處均布設(shè)測(cè)點(diǎn),通過(guò)在固定點(diǎn)激勵(lì)(中跨1/4處),移動(dòng)傳感器的方式進(jìn)行測(cè)試,一共26個(gè)測(cè)點(diǎn)。見(jiàn)圖2。

跳車(chē)試驗(yàn)是在橋面無(wú)任何障礙的情況下,用1輛350 k N試驗(yàn)車(chē)在試驗(yàn)跨越過(guò)跳車(chē)板以激發(fā)橋梁振動(dòng),同時(shí)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),并通過(guò)采用高靈敏度的拾振器和放大器測(cè)量結(jié)構(gòu)在激勵(lì)下的振動(dòng),測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),然后進(jìn)行譜分析,求出結(jié)構(gòu)自振特性。

跑車(chē)試驗(yàn)主要是為了測(cè)試沖擊系數(shù)。動(dòng)力荷載作用于結(jié)構(gòu)上,會(huì)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生應(yīng)變與撓度,相應(yīng)的可用測(cè)試儀器采集控制斷面的動(dòng)應(yīng)變或動(dòng)撓度,動(dòng)應(yīng)變(撓度)一般較同樣的靜荷載所產(chǎn)生的相應(yīng)靜應(yīng)變(撓度)大。動(dòng)應(yīng)變(撓度)與靜應(yīng)變(撓度)的比值稱(chēng)為活荷載的沖擊系數(shù)。由于應(yīng)變(撓度)反映了橋跨結(jié)構(gòu)在荷載作用下的受力情況,是衡量結(jié)構(gòu)性能的主要依據(jù),因此活載沖擊系數(shù)綜合地反映了動(dòng)力荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用,它與結(jié)構(gòu)型式,車(chē)輛運(yùn)行速度和橋面的平整度等有關(guān)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

1)靜荷載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

(1)試驗(yàn)荷載下實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的比值評(píng)定

通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果可以看出:對(duì)于剛筋混凝土橋梁,在試驗(yàn)荷載作用下,試驗(yàn)橋跨控制截面最大實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)變的校驗(yàn)系數(shù)均小于1.10,說(shuō)明試驗(yàn)跨段主要控制截面的實(shí)際強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)實(shí)測(cè)殘余變形值與實(shí)測(cè)總變形值的比值評(píng)定

從試驗(yàn)結(jié)果可知,實(shí)測(cè)殘余變形值與實(shí)測(cè)總變形值的比值均滿足《試驗(yàn)方法》中第3.19條Sp/Stot≤0.20要求,說(shuō)明試驗(yàn)跨段結(jié)構(gòu)的彈性工作性能較好,具有良好的彈性恢復(fù)能力。

(3)裂縫情況的評(píng)定

從裂縫檢查情況可知,在加載前、加載后,試驗(yàn)跨段箱梁跨中截面梁底、墩柱頂?shù)戎饕芰?gòu)件未出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)裂縫,說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。

(4)沿梁高應(yīng)變分布情況的評(píng)定

從試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知,試驗(yàn)跨梁沿梁高應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值基本呈線性變化,與理論值相關(guān)性較好,符合平截面假定,說(shuō)明試驗(yàn)跨段結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作階段。

2)動(dòng)荷載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

表1 K9+355跨友誼渠橋模態(tài)分析結(jié)果

表2 K9+355跨友誼渠橋跑車(chē)測(cè)試結(jié)果

表3 K9+355跨友誼渠橋跳車(chē)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)K9+355跨友誼河橋動(dòng)荷載試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算分析如下:

1)跑車(chē)試驗(yàn)實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)最大為1.25,小于設(shè)計(jì)規(guī)范理論計(jì)算值1.30。

2)模態(tài)試驗(yàn)和跳車(chē)試驗(yàn)所得到的橋梁豎向自振特性基本是一致的;實(shí)測(cè)一階基本頻率6.13 Hz略大于理論模型計(jì)算值5.87 Hz,表明該橋的動(dòng)力性能和整體剛度滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

4 結(jié) 論

在試驗(yàn)荷載作用下,南昌縣金沙大道南延工程K9+355跨友誼河橋試驗(yàn)跨段結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.10,實(shí)測(cè)殘余變形值與實(shí)測(cè)總變形值的比值滿足《試驗(yàn)方法》要求,主要受力構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂縫,結(jié)構(gòu)處于工作正常狀態(tài),滿足設(shè)計(jì)荷載下的使用要求。

在試驗(yàn)荷載作用下,橋梁實(shí)測(cè)一階基本頻率大于理論模型計(jì)算值,實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)小于設(shè)計(jì)規(guī)范理論計(jì)算值,說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài),滿足設(shè)計(jì)荷載下的使用要求。

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[5] 葛新民.大跨徑混凝土橋梁成橋靜載試驗(yàn)研究[J].公路工程,2008,33(1):130-134.

Loading Test on the Continuous Rigid-frame Bridges

Xu Ji-ming
(WISCODRI Wugang Engineering Co,Ltd,Wuhan 430080,China)

Through loading test on the continuous rigid-frame bridges in nanchang country,Jiangxi province,the corresponding strain,stress and deflection of the bridge were obtained under the most disadvantageous load.And using the DH5923 dynamic signal collection and analysis system,the actual working state and mechanical performance of the structural system were got under testing load.Finally the strength,stiffness and overall job performance of the structure were evaluated.

loading test; stress; strain; deflection; strength; rigidity

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.06.018

2014-08-20.

許繼明(1965-),工程師.E-mail:xjmwh@126.com