斜交箱梁橋靜動力特性試驗研究

姜基建　楊　婧　王文龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

斜交箱梁橋靜動力特性試驗研究

姜基建楊婧王文龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要斜交箱梁橋是一種整體式結構形式，受力特征與試驗方法不同于正交結構。文中針對某5跨連續(xù)斜交箱梁橋工程實例進行靜動力特性荷載試驗研究，分析斜交箱梁橋在荷載作用下的結構響應，得出試驗測點位置、測試截面及車輛荷載的布置方式采用斜向布置具有一定的合理性。

關鍵詞斜交箱梁橋斜度靜動力特性荷載試驗

隨著我國交通事業(yè)的迅猛發(fā)展及城市規(guī)模的逐步增大，原來的城市道路需要向城市四周進行擴展，需建立越來越多的互通立交橋、高速公路和高架橋，因此不可避免地需要更多的跨線橋梁。為了達到跨越障礙和線路的目的，斜交橋在公路建設中應運而生[1]。

斜交橋，也叫斜橋，區(qū)別于正橋，是指橋梁縱向軸線與支承邊(或支座連線)之間不相垂直的橋梁。斜交橋中最顯著的特征是其具有斜度。斜交橋按橋型分有斜板橋和斜梁橋。多片梁式是斜梁橋最常見的一種形式；另一種斜梁橋類型為斜交箱梁橋，它是一種整體式結構形式，截面形式常見為單箱雙室和單箱多室型。斜交箱梁橋因其整體性好、傳力效果好等優(yōu)點，近幾年被廣泛運用，現(xiàn)實中為了了解結構現(xiàn)階段使用性能，則需借助橋梁靜動力特性測試手段，而斜交箱梁橋結構受力與試驗方法要比正交橋復雜許多，目前對于其系統(tǒng)的試驗方法研究還不成熟，基于此原因，本文針對某一斜交箱梁橋開展靜動力響應試驗研究。

1工程背景

廣元回龍河大橋位于廣元市利州開發(fā)區(qū)王家營，與新遷廣元市娃哈哈廠相鄰。該橋橋面布置為：2×4.0 m(人行道)+2×12.0 m(車行道)+4.0 m(分隔帶)+6.0 m(非機動車道)=42 m，由3道(下游側A道、中間B道、上游側C道)相互獨立的5跨斜交連續(xù)梁組成。A道跨徑為27.8～32.0 m，梁體高度為1.60～1.84 m；B道跨徑為22.0～26.0 m，梁體高度為1.66～1.84 m；C道跨徑為16.8～20.4 m，梁體高度為1.45～1.66 m，3道斜交橋梁總長為107.88～163.28 m。本文只選取B道進行分析研究。橋面寬度為12 m，考慮3個車道荷載[2]。

該B道橋為變斜度連續(xù)梁橋，在各支承處斜度是不同的，自西向東斜度依次為45.525°，39.014°，38.525°，25.474°，0.583°和-11.667°。

設計荷載：汽超-20級；無人群荷載；驗算荷載：掛-120級；梁體采用50號混凝土，橋墩采用30號混凝土，樁基采用25號混凝土。橋梁實景圖見圖1。

圖1　回龍河大橋實景圖

2梁結構測試方法

據(jù)測試荷載作用性質的不同，結構試驗可分為靜載試驗和動載試驗。

2.1靜載試驗

所謂靜載試驗，是用外荷載來模擬結構受力大小，將靜止的荷載作用在橋梁結構，然后通過對其位移、應變和裂縫等參量進行測試，從而對橋梁結構實際工作狀態(tài)及使用性能作出評價。靜載試驗的加載過程是逐步、分級加載的，直到要求的荷載要求。加載過程中要進行應力、撓度和溫度測試。靜載試驗過程中，需要對實測結果實時控制，測試后期需要對實際結果進行處理和分析[3]。

2.2動載試驗

動載試驗是利用某種激振方法激起斜橋結構的震動，然后測定其固有振動特性，包括基頻、阻尼比、振型、沖擊系數(shù)等，從而判斷斜橋結構在使用階段的動力特性。在橋梁結構中，常見的激振方式有橋梁在自然情況下的振動、行車、剎車和跳車過程中的振動。目前動載試驗主要是測量動應變、動撓度和自振特性3個方面的內容。

3斜交箱梁橋靜載試驗

3.1靜載試驗內容

B道橋為5跨連續(xù)梁橋。為便于敘述，約定橋跨自西至東方向依次編號為第1跨～第5跨，橋墩依次編號為1,2,3,4號墩，選擇第1跨～第3跨進行試驗。

3.1.1試驗內容

(1) B道第1跨梁體最大彎矩截面(A-A)Mmax加載試驗。

(2) B道第2跨1號墩附近梁體最大負彎矩截面(B-B)Mmin加載試驗。

(3) B道第3跨梁體最大彎矩截面(C-C)Mmax加載試驗。

3.1.2測試內容

(1) 試驗加載截面的應力測試。

(2) 試驗跨L/4，L/2，3L/4處及相鄰跨L/2的豎向撓度測試。

3.1.3加載試驗

B道橋試驗前期計算采用斜橋正算法[4]，所謂斜橋正算原則是考慮將斜交橋轉換成正交橋，將荷載轉換斜交角，按正交橋計算得出結果。計算出理論的試驗內力值，見表1。

表1　B道各工況計算內力、試驗內力及

試驗中采用縱向軸距為3.65 m+1.35 m、橫向軸距為1.8 m、單車總重400 kN的雙后軸載重貨車加載。荷載效率系數(shù)為0.95～1.03，處于評定規(guī)程建議的0.95～1.05合理范圍內。

根據(jù)斜交橋梁整體內力及變形特點，試驗中測試斷面、撓度及應力測點布置均按與線路方向斜交的方式，具體傾斜程度依據(jù)結構相鄰支點斜度而定。該橋測試截面、測點布置見圖2～圖3。

圖2　試驗截面及撓度縱向布置圖(單位：cm)

圖3　撓度、應力測點橫向布置圖(單位：cm)

雙后軸車加載方式同樣采用斜向布置，A-C各工況具體加載方式見圖4～圖6。

圖4　A-A工況加載方式示意圖(單位：cm)

圖5　B-B工況加載方式示意圖(單位：cm)

3.2靜載試驗結果及分析

3.2.1撓度測試及計算結果

計算結果見表2，試驗跨撓度校驗系數(shù)介于0.61～0.83之間。撓度校驗系數(shù)均處于合理范圍，表明B道橋跨結構具有足夠的剛度。

表2　B道試驗跨撓度實測值與計算值比較

3.2.2應力測試及計算結果

應力計算結果見表3，各試驗截面應力校驗系數(shù)介于0.61～0.78之間，應力校驗系數(shù)均處于合理范圍，表明B道橋跨結構具有足夠的強度。

表3　B道試驗截面應力實測值與計算值比較表

4斜交箱梁橋動載試驗

4.1動載試驗內容

4.1.1試驗內容

(1) 脈動試驗。測定振型、自振頻率、臨界阻尼比。

(2) 行車試驗。測定橋面鋪裝層完好時A-A，C-C截面在行車速度為5，10，20，30，40，50，60 km/h汽車荷載下，結構的響應特點以及沖擊系數(shù)大小。

(3) 跳車試驗。模擬在橋面鋪裝局部破損狀態(tài)下，A-A、C-C截面在行車速度為5，10，15，20，25，30 km/h汽車荷載下，結構的響應特點和沖擊系數(shù)大小。

4.1.2測點布置

A-A，C-C截面下緣各布置1個動應力測點。

4.2動載試驗結果及分析

4.2.1自振特性測試結果及分析

據(jù)表4及圖7～圖9可以看出，實測阻尼比處于正常范圍內；實測振型符合連續(xù)梁的受力行為。

表4　試驗跨自振頻率實測值及阻尼比

圖7　B道橋跨結構自振頻譜圖

圖8　B道橋跨結構豎向振型圖

圖9　B道橋跨結構橫向振型圖

4.2.2行車激振測試結果及分析

表5為截面行車沖擊系數(shù)。

表5　試驗截面行車沖擊系數(shù)

由表5可見，B道A-A截面的行車沖擊系數(shù)介于1.04～1.24之間，在車速達到30 km/h時，行車沖擊系數(shù)達到最大值；B道C-C截面的行車沖擊系數(shù)介于1.06～1.25之間，在車速達到60 km/h時，行車沖擊系數(shù)達到最大值。行車沖擊系數(shù)均處于合理范圍內。

4.2.3跳車激振測試結果及分析

表6為試驗截面跳車沖擊系數(shù)。由表6可見，B道A-A截面的跳車沖擊系數(shù)介于1.26～1.48之間，在車速達到15 km/h時，跳車沖擊系數(shù)達到最大值；B道C-C截面的跳車沖擊系數(shù)介于1.29～1.57之間，在車速達到15 km/h時，跳車沖擊系數(shù)達到最大值。跳車沖擊系數(shù)均處于合理范圍內。

收稿日期：2014-09-10

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.001