張家口市清水河工業(yè)南橋荷載試驗(yàn)分析

劉 劍

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院試驗(yàn)檢測(cè)室，河北 石家莊050091）

1 工程概述

張家口市清水河工業(yè)南橋位于張家口市清水河環(huán)境治理三期工程新河道樁號(hào)9+800處，由兩側(cè)引橋及主跨徑111m 的主橋構(gòu)成，橋梁全長(zhǎng)147m。主橋?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)下承式系桿拱，拱肋外翻約18.4°。主橋雙向4 車道，雙側(cè)非機(jī)動(dòng)車道及雙側(cè)人行道；全橋?qū)?9.5～51m，橋梁面積為4 869m2。橋位與規(guī)劃河道中線交角為93.1°。橋跨示意圖如圖1所示。

圖1 張家口市清水河工業(yè)南橋跨示意圖（單位：m）

該橋目前整體情況較好，在該次檢查評(píng)定中屬于合格級(jí)橋梁。主要問題有：

（1）承重構(gòu)件病害：引橋梁底泛白伴裂縫，個(gè)別錨頭保護(hù)套局部脫落；

（2）其他構(gòu)件病害：橋面有混凝土堆積物，伸縮縫止水帶破損。

2 承載能力驗(yàn)算及試驗(yàn)方案

在荷載試驗(yàn)實(shí)施之前首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，具體采用目前國內(nèi)比較成熟的橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件——MidasCivil 2010，計(jì)算模型如圖2所示。

本次靜載試驗(yàn)采用6 輛重約33t 的加載車進(jìn)行加載，加載車各軸實(shí)際重量見表1。

表1 靜載試驗(yàn)加載車軸重表（單位：kN）

試驗(yàn)彎矩和效率系數(shù)見表2。

表2 試驗(yàn)彎矩和效率系數(shù)表

3 靜載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）通過荷載試驗(yàn)，確定試驗(yàn)結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)變分布情況，利用截面應(yīng)變分布、應(yīng)變與荷載效率的關(guān)系、實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的對(duì)比等參數(shù)來評(píng)估橋梁的承載能力；

（2）通過分析試驗(yàn)荷載下的橋梁變形情況，評(píng)估結(jié)構(gòu)的剛度及承載能力。

3.2 試驗(yàn)工況及測(cè)點(diǎn)布置

（1）根據(jù)測(cè)試內(nèi)容，荷載試驗(yàn)共分為以下6種荷載工況。

工況1：主拱肋1/2 截面最大正彎矩工況，橫橋向?qū)ΨQ布載。

工況2：主拱肋1/2 截面最大正彎矩工況，橫橋向偏心布載。

工況3：主拱肋1/2 截面最大負(fù)彎矩工況，橫橋向?qū)ΨQ布載。

工況4：主拱肋1/4 截面最大正彎矩工況，橫橋向?qū)ΨQ布載。

工況5：主拱肋1/4 截面最大正彎矩工況，橫橋向偏心布載。

工況6：主拱肋1/4 截面最大負(fù)彎矩工況，橫橋向?qū)ΨQ布載。

（2）位移測(cè)試主要對(duì)橋梁線形及拱肋位移進(jìn)行量測(cè)。在橋梁行車道兩側(cè)邊緣設(shè)置有橋梁線形測(cè)點(diǎn)，每側(cè)各有9個(gè)測(cè)點(diǎn)，將全橋8等份，兩側(cè)共設(shè)有橋梁線形測(cè)點(diǎn)18個(gè)；在橋梁南、北拱肋1/2截面、1/4截面、3/4截面及兩拱腳截面各設(shè)置拱肋位移測(cè)點(diǎn)1個(gè)，對(duì)各工況下拱肋順橋向、橫橋向及豎向位移進(jìn)行量測(cè)。

（3）本橋應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試截面共選擇2 個(gè)，為主拱肋1/2 截面（A 截面） 與1/4 截面（B 截面）。本橋南、北拱肋1/2 截面、1/4 截面、拱腳截面在上下緣各布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)1個(gè)，南、北兩拱肋共布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)12 個(gè)；跨中截面由北向南在第1#、3#、4#、6#縱梁底各布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)1個(gè)；跨中截面南、北系桿底各布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)1個(gè)；6#橫梁底布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)3個(gè)；3#橫梁布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)3個(gè)；全橋共布設(shè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)24個(gè)。

3.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過對(duì)采集的應(yīng)變和撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，上述6 個(gè)工況的各個(gè)截面的校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足技術(shù)規(guī)范要求，但部分截面的效驗(yàn)系數(shù)高達(dá)0.96，說明該橋的安全儲(chǔ)備較小。

在試驗(yàn)過程中，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)橋梁梁體其他位置進(jìn)行裂縫觀測(cè)，在各級(jí)加載工況下，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變無畸變及退化現(xiàn)象，說明測(cè)點(diǎn)位置截面未開裂，未發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)。

4 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)用于了解橋梁自身的動(dòng)力特性，抵抗受迫振動(dòng)和突發(fā)荷載的能力。其主要項(xiàng)目應(yīng)包括：測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性，如結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的自振頻率、振型和阻尼比的脈動(dòng)試驗(yàn)；檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的受迫振動(dòng)特性，如橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)力、沖擊系數(shù)等的跑車或跳車試驗(yàn)。

自振頻率（特別是基頻）是綜合分析和評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)剛度的重要指標(biāo)。本橋的自振頻率采用脈動(dòng)法進(jìn)行測(cè)試，實(shí)測(cè)一階頻率為0.95Hz，結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析計(jì)算結(jié)果一階頻率為0.93Hz。實(shí)測(cè)值大于計(jì)算值，說明結(jié)構(gòu)剛度在正常范圍內(nèi)。實(shí)測(cè)振動(dòng)時(shí) 域圖、自功率譜圖如圖3和圖4所示。

圖3 橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)振動(dòng)時(shí)域圖

圖4 橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)自功率譜重疊圖

5 結(jié)語

該橋在城市—A級(jí)的設(shè)計(jì)荷載作用下，各個(gè)截面的應(yīng)變、撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但部分位置的結(jié)果接近上限，說明該橋的安全儲(chǔ)備不夠充足。因此，建議建立全橋水準(zhǔn)永久觀測(cè)點(diǎn)，包括橋面線形觀測(cè)點(diǎn)、拱肋線形觀測(cè)點(diǎn)。定期進(jìn)行橋梁線形觀測(cè)、橋梁養(yǎng)管單位應(yīng)加強(qiáng)橋梁日常管理與巡查，一旦發(fā)現(xiàn)橋梁出現(xiàn)異常，應(yīng)立即采取封閉交通等相應(yīng)的安全措施。

[1] GB 50153—92，工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] CJJ 37—90，城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] CJJ 11—93，城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S].

[4] CJJ 77—98，城市橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] CJJ 99—2003，城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[6] JTG B01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7] JTG D63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8] JTG D60－2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[9] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] YC4—/1982，大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[S].

[11] JTG/T J21—2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].