薛港橋靜動載試驗研究

【摘要】通過一座鋼架梁橋的靜動載試驗，測試橋梁在試驗荷載作用下的工作狀態(tài)，測定結構的強度、剛度及動力特性，并將實際測試值與理論計算值進行比較，從而判斷橋梁整體結構的安全承載能力和使用條件。

【關鍵詞】剛架拱橋；靜動載試驗；撓度；應變；動力特性

Experimental Study of XueGang Bridge Including Static and Dynamical Performance

of The Whole Structure

YANG Xing-xing，XU Yan

（College of Civil Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127）

Abstract： An experimental study concerning rigid frame bridge was developed on static and dynamical performance of the whole structure. Some mechanics performance factor including strength， rigidity and dynamic characteristics of the structure was tested through experiment. The practical value was analyzed with the theoretical value under the experimental load and the safety capacity and working status of the structure was evaluated through the method of static and dynamical loading test.

Key words： rigid frame；static and dynamical loading test；deflecting；strain；dynamic characteristics

薛港橋建于2016年，位于東臺市境內(nèi)，跨越川東港。為了確定其技術狀況，受東臺市水利建設有限公司委托，揚州市揚大工程檢測中心有限公司于2016年12月按公路—Ⅱ級荷載標準[1][2]對該橋進行了靜載和動載試驗。靜載試驗測定在各工況試驗荷載作用下剛架拱橋控制截面的應力和變形，動載試驗測定該橋的沖擊系數(shù)、自振頻率、阻尼比。

1、薛港橋設計概況

薛港橋設計荷載：公路—Ⅱ級；主橋總寬：9.60m，引橋總寬8.0m，行車道7.0m；主跨采用67.2m鋼桁架橋，邊跨采用20m跨（南側6×20m，北側4×20m）的預應力混凝土空心板梁。上部結構采用67.2m鋼桁架橋；引橋共10跨，跨徑均為20m，上部結構為預應力鋼筋混凝土大孔板。下部結構：主跨采用樁基承臺基礎，柱式橋墩；引橋采用灌注樁基礎，雙柱排架式橋墩（臺）。

2、靜載試驗

橋梁靜載試驗是測量橋梁結構在靜載試驗荷載作用下的內(nèi)力和變形。它是了解結構實際性能（剛度、強度等）最直接有效的辦法[3]。

2.1加載車輛

本次試驗的主要目的是檢驗結構承載力是否符合設計要求，故采用基本荷載加載。試驗荷載選用四輛載重汽車，荷載效率系數(shù)η=0.92～1.09，即試驗荷載產(chǎn)生的效應與公路—Ⅱ級荷載效應接近。（試驗車輛的軸距及其質(zhì)量表略）

2.2加載位置

剛架梁橋的鋼桁梁L/2截面（桿件）和鋼桁梁L/4截面（桿件），試驗車輛分別于上述截面或桿件內(nèi)力影響線的最不利位置上加載。縱向按兩種加載位置布置車輛，即將試驗車之重軸（中軸）分別布置于鋼桁梁L/2截面處，鋼桁梁L/4截面，加載位置布置見圖1；橫向按兩輛車偏心布載。

2.3測點布置

應力（應變）測點分別布置于鋼桁梁L/2截面處上弦桿1-1截面、斜桿2-2截面、豎桿3-3截面及下弦桿4-4截面，鋼桁梁L/4截面處上弦桿5-5截面、斜桿6-6截面及下弦桿7-7截面；撓度測點分別布置于鋼桁梁L/2截面和L/4截面處下弦桿上。各測試截面應力（應變）、撓度測點布置見圖2。

圖1 L/2截面加載位置布置圖

圖2 應變、撓度測點布置圖

2.4測試程序

每一控制截面或桿件分兩級加載，共2個工況。

2.5測試結果與計算分析

各截面的應變采用穩(wěn)定性好、精度高并適合于野外環(huán)境的振弦式應變計進行測量，本橋采用SAP2000V14有限元計算軟件對鋼桁梁橋進行計算分析。

2.5.1撓度

各工況控制截面撓度實測值與計算值比較見表1，各工況撓度校驗系數(shù)為：ξ=0.50～0.85<1.0；相對殘余撓度為：S/p=4.3%～13.3%<20.0%。結果表明，結構剛度滿足設計要求，鋼桁架處于彈性工作狀態(tài)[4] [5]。

2.5.2應變

工況一、工況二鋼桁梁桿件截面應力實測值與計算值比較表略，僅列出工況二1級加載建表2。工況1應力校驗系數(shù)為：η=0.52～0.86<1.0；相對殘余應力為：S/p=2.0%～12.7%<20.0%；工況2應力校驗系數(shù)為：η=0.54～0.89<1.0；相對殘余應力為：S/p=3.1%～13.5%<20.0%。

結果表明，結構強度滿足設計要求，鋼桁架處于彈性工作狀態(tài)[4]。

2.5.3裂縫

工況一～工況二時，未見鋼桁梁出現(xiàn)裂縫。

3、動載試驗

3.1測試儀器與系統(tǒng)組成

動載試驗的目的是檢測該橋的一些主要動力特性參數(shù)，本次檢測采用941B型拾振器、DFS-8型信號放大器以及ADCRAS振動信號采集與處理分析系統(tǒng)組成橋梁結構動態(tài)應變測試系統(tǒng)。

3.2試驗結果及分析

3.2.1沖擊系數(shù)

在橋面跨中設置跳板，采用一輛載重約38kN的試驗車以20～25km/h的速度駛過橋跨結構，測試橋跨結構在動荷載作用下的振動時程曲線，并通過計算分析得出橋跨結構的沖擊系數(shù)[2]。

由跳車試驗測得的動撓度曲線見圖3，沖擊系數(shù)實測值為0.14。主橋結構基頻為2.73Hz，沖擊系數(shù)理論值為0.16，即沖擊系數(shù)實測值小于理論值。 3.2.2自振頻率

通過基于自互譜綜合函數(shù)的參數(shù)識別分析出振動模態(tài)參數(shù)，包括振動頻率、阻尼比和振型。其振動頻率和阻尼比見表3，表中自振頻率的理論計算值采用SAP2000V14軟件計算。由脈動試驗測得試驗橋一階頻率為2.73Hz，阻尼比2.404% 。

3.2.3振型

實測豎向振型與理論振型吻合較好，表明試驗所采用的測試方法可行，測試結果可靠。

4、結論

4.1靜力荷載試驗結論

（1）本橋靜載試驗荷載效率基本滿足規(guī)定要求，即本次試驗加載有效，試驗橋梁經(jīng)受了公路—Ⅱ級荷載標準的內(nèi)力考驗。

（2）在試驗荷載作用下，鋼桁梁各控制截面桿件測點應力實測值小于理論計算值，應力校驗系數(shù)η<1.0，相對殘余應力S/p<20.0%，結構強度滿足設計要求，鋼桁梁橋處于彈性工作狀態(tài)。

（3）在試驗荷載作用下，鋼桁梁各控制截面撓度實測值小于理論計算值，撓度校驗系數(shù)η<1.0，相對殘余變形S/p<20.0%，結構剛度滿足設計要求，鋼桁梁橋處于彈性變形狀態(tài)。

（4）各試驗工況時，未見鋼桁梁出現(xiàn)裂縫。

分析結果表明，鋼桁梁橋結構強度、剛度滿足設計要求，結構處于彈性工作狀態(tài)， 具備一定的安全儲備能力[4]。

4.2動力荷載試驗結論

（1）通過動載試驗測得橋梁的各階頻率，基頻實測值與理論計算值接近；實測各階阻尼比在正常范圍內(nèi)。

（2）由跳車試驗測得橋梁最大沖擊系數(shù)，小于沖擊系數(shù)理論值，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4.3綜合上述分析結果，試驗橋梁技術狀況良好，滿足公路—Ⅱ級荷載標準的承載力要求。

參考文獻：

[1]公路工程技術標準（JTG B01—2003）.北京：人民交通出版社，2003.

[2]公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60—2004）.北京：人民交通出版社，2004.

[3]公路舊橋承載力鑒定方法（試行）. 北京：人民交通出版社，1988.

[4]胡大琳.橋涵工程試驗檢測技術. 北京：人民交通出版社，2000.

[5]公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004.

作者簡介：

楊星星（1993-），男 ，碩士研究生，從事橋梁結構研究；

許燕（1966-），男，副教授，從事橋梁結構研究。