連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果的研究

顏 霜

（成都賽旺工程咨詢有限公司， 四川 成都 610000）

連續(xù)剛構(gòu)橋的跨度大，能克服的復雜地形多，要使剛構(gòu)橋在使用過程中的穩(wěn)定性和固定性有所保障，就需要對剛構(gòu)橋進行精密科學的橋梁荷載試驗。連續(xù)剛構(gòu)橋的梁和墩具有連續(xù)性的結(jié)構(gòu)，在荷載時可以形成一個整體共同受力，這種特性也使其承載力指標遠遠高于一般橋梁。剛構(gòu)橋荷載試驗的主要目的就是考察橋梁應力和撓度的變化，這對連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果進行研究對加強連續(xù)剛構(gòu)橋的載荷能力有著十分重大的現(xiàn)實意義。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁的概述

1.1 連續(xù)剛構(gòu)橋的特點

連續(xù)剛構(gòu)橋的橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩具有一定的整體性和連續(xù)性，這種結(jié)構(gòu)讓其在承受載荷時主梁和橋墩同時受力，因此在載荷能力方面連續(xù)剛構(gòu)橋的能力顯得尤為突出。由于連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁之間沒有伸縮縫，因此在車輛行駛過程中會更加平穩(wěn)，提高了行車的舒適度。［1］主梁和橋墩之間的整體性關(guān)系也完成了體系之間的無差異轉(zhuǎn)換，減去了支座的設計和養(yǎng)護環(huán)節(jié)，從一定程度上節(jié)約了橋梁的建造費用。

在我國乃至世界的交通系統(tǒng)中，橋梁都占據(jù)中十分重要的地位，由于橋梁的承載能力不足的問題造成的橋梁坍塌、斷裂等現(xiàn)象嚴重威脅著交通行駛過程中的車輛安全和人身安全，給人們的出行埋下了隱患。在橋梁的使用過程中，由于持續(xù)受力的關(guān)系，橋梁和橋墩的水平位移、轉(zhuǎn)角位移和墩身剪力結(jié)構(gòu)都會產(chǎn)生一定的變化，因此在設計橋梁和橋墩時做出科學、合理、精密的計算是對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進行荷載試驗并對其試驗結(jié)果進行分析研究的首要條件。

1.2 連續(xù)剛構(gòu)橋的基本結(jié)構(gòu)

1.從連續(xù)剛構(gòu)橋的受力結(jié)構(gòu)分析，橋梁的受力點主要是橋面、橋墩以及橋面和橋墩的連接處。在進行連續(xù)剛構(gòu)橋施工時，完成橋梁與橋墩固態(tài)結(jié)構(gòu)的高效連接，讓其橋墩在受力過程中同時能依靠橋梁與橋墩之間的固結(jié)體系維持豎向持平的狀態(tài)。在橋梁的主墩柔性較大時，要注意保證橋墩頂部的橋面彎曲程度低于同跨徑橋梁，可以在施工時對橋梁橫截面的尺寸進行適當?shù)恼{(diào)整，有效控制橋梁跨梁位置的高度，以保證連續(xù)剛構(gòu)橋受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［2］。

2.從連續(xù)剛構(gòu)橋的設計思路來分析，在設計時一般遵循強梁弱墩的理念、在施工時要確定某個特定的范圍作為參考基礎，適當增加橋梁的尺寸，最大限度地改善連續(xù)剛構(gòu)橋的跨越性能和橋梁的穩(wěn)固性。按照經(jīng)驗來說，連續(xù)剛構(gòu)橋受到外界溫度和自身徐變的影響比較大，在長期使用過程中會出現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)角會位移現(xiàn)象，因此在設計過程中，一方面要注意增強連續(xù)剛構(gòu)橋梁墩身的承載能力，另一方面還要控制橋梁所承受的內(nèi)力。

3.從連續(xù)剛構(gòu)橋梁界面的設計分析，橋梁界面是受力的最直接部位，只有在設計施工時科學合理地把握橋梁的內(nèi)部和外部的整體結(jié)構(gòu)，對橋梁的受力特征進行綜合全面的有效分析，充分運用變截面的設計思路，才能保證橋梁在施工過程中的科學性和合理性，在測試和使用階段橋梁的跨越性能和穩(wěn)固性能才能達到要求標準。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗的流程

2.1 荷載試驗的流程

荷載試驗的準備階段，首先要收集橋梁的設計資料、施工工藝記錄、監(jiān)理記錄、材料和工藝試驗資料、養(yǎng)護記錄、維護記錄等一系列與橋梁相關(guān)的資料。其次要對橋梁的橋面、承載結(jié)構(gòu)、支座、基礎等現(xiàn)狀進行全面的檢查。隨后就能確定好進行荷載試驗所需的設施和設備，［3］在試驗現(xiàn)場將腳手架、測試儀表支架、測量儀器等器材提前搭建好，以便試驗的準備工作落實到位。

2.2 荷載試驗的實施階段

荷載試驗實施階段是整個試驗最重要的階段，在此階段的主要任務是加載和記錄，試驗過程要嚴格按照試驗方案標準進行，采用適合的設備儀器對橋梁的構(gòu)件進行加載，邊測量、邊加載、邊記錄，尤其對連續(xù)剛構(gòu)橋的撓度、裂縫變化、應變情況等重點內(nèi)容要觀察記錄清楚，力求等到完善準確的試驗結(jié)果。

2.3 荷載試驗的結(jié)果分析和報告

通常在荷載試驗的實施階段試驗的項目比較復雜，試驗出的數(shù)據(jù)結(jié)果也比較雜亂，對荷載試驗的結(jié)果進行分析就是要將這些雜亂的數(shù)據(jù)有條理地整理清楚，在大量的觀測數(shù)據(jù)、文字記錄和圖標資料中找出一定的客觀規(guī)律性。對整理好的資料進行綜合詳細的分析，按照科學的方法進行計算和對比，從而得到有價值的信息和資料。完成數(shù)據(jù)分析之后，就可以按照需求和目的做分析報告，對試驗的對象進行較準確可靠的評估。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果分析案例

某水電站交通橋梁全長233m，橋跨布置為61+100+61m三跨預應力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁橋，主梁設0.8%的縱坡以及1.5%的橫坡。橋梁全寬12 m，橫向布置為凈－11＋2×0.5（防撞護攔），主梁為單箱單室截面，箱梁頂面寬度為12 m，底面寬度為6.5 m，主梁根部箱梁高6.0 m,中跨截面處梁高為2.5 m。主橋墩身采用鋼筋混凝土矩形空心橋墩，橋臺為重力式U型橋臺。設計荷載汽車超-40級，掛特-300級。下面對該大橋荷載試驗進行分析。

1.測試斷面及測試布點

①.測試斷面

A．彎矩的控制截面為邊跨距橋臺25米處的正彎矩、中支點截面（負彎矩）和中跨中跨截面（正彎矩）。由于本橋為變截面連續(xù)梁，也不排除其他截面的應力會超出上述截面的可能；

B.剪力控制截面為橋墩支點截面；

C.撓度控制截面為邊跨L/4、中跨截面；中跨為L/4、中跨截面及3L/4截面。

②.測點布置

A．將各測試截面上的正、剪應變測點全部布置在箱內(nèi)，底板測點布設在底板上表面，頂板測點布設在頂板下表面，剪應變布設在腹板中性軸附近。

B.撓度測點布設在橋面上，上下游人行道緣邊各設一個測點。

2.試驗方法

采用箱梁表面粘貼應變片，匹配型號為5631的靜態(tài)應變儀進行測試。在控制截面撓度的條件下，用精密電子水準儀按照0.1mm的精度進行測量。941B型高精度超低頻加速度傳感器配6M82動態(tài)應變儀測試橋梁動態(tài)性能。人工觀測和手動測量混凝土表面的開裂情況、裂縫的寬度和長度等。［4］

3.試驗加載程序

①.靜載試驗

靜載試驗荷載按汽車—40、掛車—300計算各試驗截面內(nèi)力，以截面最不利彎矩作為試驗控制參數(shù)，然后按等效荷載原則布置荷載。

靜載試驗效率為：ηq=SS/S（1+μ）

式中：SS—靜載試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計算值；

μ—按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

根據(jù)計算選用的試驗用車為單臺總重300kN的重車。靜載試驗采取分級加載，并且每一個工況重復1次，以確保試驗數(shù)據(jù)的可靠性和重復性。大橋靜載試驗實際的荷載效率系數(shù)邊跨和中跨分別為0.944、0.850，符合橋梁試驗規(guī)范要求0.80～1.10之間。

按各測試截面的控制彎矩及控制撓度布載，共分為4種試驗荷載工況，分別為：

工況1：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為中載；

工況2：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載；

工況3：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為中載；

工況4：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向為偏載；

試驗加載過程中，各工況分別按單列車輛荷載遞增，一、二工況分二級施加；，三、四工況分三級施加。每級穩(wěn)定時間不少于10min，且每次工況重復一次。

②.動載試驗

采用一輛300KN試驗汽車作為動力試驗荷載，進行自振試驗、跑車試驗、跳車試驗。

4.測試結(jié)果

①.靜載試驗

由試驗數(shù)據(jù)歸納分析，撓度校驗系數(shù)邊跨平均值為0.469，各測點撓度校驗系數(shù)均不超過0.600；中跨撓度校驗系數(shù)平均值為0.502，中載時最大為0.555，偏載時最大為0.621。在對稱荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應力校驗系數(shù)在0.667以下（邊跨距橋臺25米截面頂板上游測點），最大拉應力校驗系數(shù)在0.652以下（邊跨距橋臺25米截面底板中測點）。在偏心荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應力校驗系數(shù)在0.718以下（邊跨距橋臺25米截面頂板下游測點），最大拉應力校驗系數(shù)在0.723以下（邊跨距橋臺25米截面底板中測點）。

由此可見，全部校驗系數(shù)均遠小于1.0,說明結(jié)構(gòu)整體性能好，結(jié)構(gòu)安全可靠，而且具備較充分的安全儲備。

②.動載試驗

通過橋跨結(jié)構(gòu)的動載試驗，得到以下幾點結(jié)論：

A.主梁橫向振動前二階頻率分別為1.0352Hz、1.9531Hz，主梁豎向振動前兩階頻率分別為1.3086Hz、2.4121Hz；

B.橋跨結(jié)構(gòu)的實測阻尼比Dn在0.003～0.007之間，為小阻尼振動，且阻尼值較小；

C.無障礙行車時對橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)（1+μ）介于 1.0514～1.1608之間，行車的沖擊作用較?。?/p>

D.跨中有障礙行車的沖擊系數(shù)（1+μ）介于 1.0466～1.2000之間，邊跨有障礙行車時的沖擊系數(shù)介于 1.0435～1.2063之間，可見障礙行車對橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊作用明顯大于無障礙行車，而40km/h速度行車所引起的沖擊作用要稍大于其他速度行車引起的沖擊。

綜上所述，橋跨結(jié)構(gòu)有較好的整體性能，抗扭剛度較好。

4 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗結(jié)果的評定方法

4.1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁靜載荷試驗及其結(jié)果的分析和評估

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的靜載荷試驗結(jié)果評價指標主要體現(xiàn)在兩個方面，一是實測值和規(guī)范值之間的比較，二是實測值與理論值之間的比較，先者反映的是剛構(gòu)橋梁的實際工作狀態(tài)，后者則反映的是剛構(gòu)橋梁的工作性能。無論是哪一種比較方式，都需要將靜荷載試驗得到的結(jié)果進行整理、分析、認識和理解，在此過程中了解試驗數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，從而對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進行一個有效的評價。

4.2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁動載荷試驗及其結(jié)果的分析和評估

對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進行動載荷試驗的主要原因要歸于橋梁的多動性，在使用和其本身相比的過程中，橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)、頻率和板型都會有所改變。在對剛構(gòu)橋梁進行動載荷試驗的過程需要經(jīng)歷一個時間里程曲線，試驗者需要收集和整理整個時間歷程中的所有數(shù)據(jù)變化，再根據(jù)不同的情況選擇不同的數(shù)據(jù)分析處理方法，結(jié)合實際來對剛構(gòu)橋的動載荷試驗結(jié)果進行有效的判斷。最后再根據(jù)相關(guān)的指標評價體系來對剛構(gòu)橋梁的動力性能有一個全面的認識和把握。

5 結(jié)束語

連續(xù)剛構(gòu)橋梁在我國路橋建設的發(fā)展中占據(jù)著重要地位，保證連續(xù)剛構(gòu)橋的穩(wěn)固性和安全性是保證人們交通出行安全的基本條件。對連續(xù)剛構(gòu)橋進行荷載試驗并對其試驗結(jié)果全面分析，可以較準確地連續(xù)剛構(gòu)橋的性能和狀態(tài)。