沈陽(yáng)市北海高架橋（新橋）結(jié)構(gòu)檢測(cè)要點(diǎn)探討

史莊重

摘 要：橋是土木基礎(chǔ)設(shè)施工程中的構(gòu)造物，作為工程實(shí)體，必須由它的承重骨架來(lái)承受各種外荷載作用。一般把構(gòu)造物的承重骨架組成部分統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)。通過(guò)橋梁荷載試驗(yàn)，記錄橋梁在荷載作用下的結(jié)構(gòu)反映，為橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定提供科學(xué)依據(jù)和支持。本文就沈陽(yáng)市北海高架橋（新橋）結(jié)構(gòu)檢測(cè)要點(diǎn)進(jìn)行敘述。

關(guān)鍵詞：橋梁;靜載試驗(yàn);動(dòng)載試驗(yàn)

北海高架橋新橋?yàn)榧扔斜焙８呒軜蚣訉?，建?012年，本橋共41跨，跨徑布置除沈吉鐵路跨線處，與現(xiàn)狀高架橋跨徑一致（跨徑為20.6m和19m）。本橋上部結(jié)構(gòu)為普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式，連續(xù)箱梁采用C40混凝土，截面為單箱雙室斷面。受力鋼筋最小保護(hù)層厚度為40mm。橋墩采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土。橋墩頂部設(shè)置帽托和墩帽。橋臺(tái)采用C40混凝土。橋臺(tái)均為鋼筋混凝土一字式橋臺(tái)，在橋臺(tái)外側(cè)設(shè)置翼墻。臺(tái)后填砂性土。橋墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.5m，橋臺(tái)樁長(zhǎng)22米。

一、靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)主要是通過(guò)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下各控制截面的應(yīng)變、結(jié)構(gòu)變形以及裂縫的發(fā)展情況等，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，它是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的辦法。

在靜載試驗(yàn)前運(yùn)用橋梁計(jì)算專用軟件對(duì)橋梁構(gòu)模。在建模中考慮橋梁普查和專項(xiàng)檢查的結(jié)果，將計(jì)算模型及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使模型能真實(shí)反映橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。在此修正模型基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)營(yíng)荷載組合計(jì)算，得到相應(yīng)不利斷面，并結(jié)合橋梁普查情況，確定試驗(yàn)和檢測(cè)斷面。試驗(yàn)前計(jì)算出各控制斷面的內(nèi)力影響線，根據(jù)影響線進(jìn)行靜力加載計(jì)算，計(jì)算結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下相應(yīng)測(cè)試斷面應(yīng)變和變形。通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果與荷載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，從而判定結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足現(xiàn)階段營(yíng)運(yùn)安全要求。

1.靜載試驗(yàn)理論計(jì)算

本次選取4×19m連續(xù)梁（第38-41聯(lián)跨）作為本次檢測(cè)試驗(yàn)聯(lián)跨。本跨結(jié)構(gòu)分析采用橋梁結(jié)構(gòu)分析通用程序 “Midas/Civil”進(jìn)行計(jì)算。

2.試驗(yàn)加載原則

靜載試驗(yàn)依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。試驗(yàn)各工況下所需加載車輛的數(shù)量和輪位布置，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的某工況下的最不利效應(yīng)值按下式所定原則等效換算而得：

0.95≤η=Sstat/S（1+μ）≤1.05

式中，η——靜力試驗(yàn)荷載效率;

Sstat——試驗(yàn)荷載作用下，某工況計(jì)算效應(yīng)值;

S——設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載不計(jì)沖擊作用時(shí)產(chǎn)生的某試驗(yàn)工況的最不利計(jì)算效應(yīng)值;

（1+μ）——設(shè)計(jì)計(jì)算取用的動(dòng)力系數(shù)。

3.試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)

工況1：對(duì)1#斷面最大正彎矩加載，加載效率0.97。工況2：3#斷面最大正彎矩加載，加載效率0.96。工況3：2#斷面最大負(fù)彎矩加載，加載效率1.03。

4.結(jié)果分析

在工況1荷載作用下測(cè)試斷面應(yīng)變實(shí)測(cè)值結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)在0.63～0.67之間，測(cè)試斷面變位實(shí)測(cè)值結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)0.54～0.56之間，卸載后，測(cè)試斷面各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變率均小于20%，表明處于彈性工作狀態(tài)。

在工況2荷載作用下測(cè)試斷面應(yīng)變實(shí)測(cè)值結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)在0.67～0.72之間，測(cè)試斷面變位實(shí)測(cè)值結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)0.60～0.64之間，卸載后，測(cè)試斷面各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變率均小于20%，表明處于彈性工作狀態(tài)。

在工況3荷載作用下，跨中測(cè)試斷面應(yīng)變結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)在0.56～0.58之間，均小于1，表明處于彈性工作狀態(tài)。

綜上所述：結(jié)構(gòu)的承載能力滿足要求。

二、動(dòng)載試驗(yàn)

1.脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果及分析

脈動(dòng)試驗(yàn)是通過(guò)在橋上布置高靈敏度的傳感器，長(zhǎng)時(shí)間記錄橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵(lì)下，如風(fēng)、水流、地脈動(dòng)等引起的橋梁振動(dòng)，然后對(duì)記錄下來(lái)的橋梁振動(dòng)時(shí)程信號(hào)進(jìn)行處理并進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，求取橋梁結(jié)構(gòu)自振特性的一種方法。脈動(dòng)試驗(yàn)假設(shè)環(huán)境激勵(lì)為平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)過(guò)程，在中低頻段，環(huán)境振動(dòng)的激勵(lì)譜比較均勻，在環(huán)境激勵(lì)的頻率與橋梁的自振頻率一致或接近時(shí)，橋梁容易吸收環(huán)境激勵(lì)的能量，使振幅增大;而在環(huán)境激勵(lì)的頻率與橋梁自振頻率相差較大時(shí)，由于相位差較大，有相當(dāng)一部分能量相互抵消，振幅較小。對(duì)環(huán)境激勵(lì)下橋梁的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行多次時(shí)程曲線的平均分析，可得到橋梁的各階自振頻率，再利用各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振幅和相位關(guān)系，可求得橋梁各階模態(tài)相應(yīng)的振型。

對(duì)脈動(dòng)試驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得到該橋豎向振動(dòng)一階頻率實(shí)測(cè)值為6.641Hz，有限元計(jì)算頻率為5.323Hz，實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的比值大于1.1，評(píng)定標(biāo)度為1，說(shuō)明橋梁豎向整體剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.受迫振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）跑車試驗(yàn)的測(cè)試內(nèi)容主要是試驗(yàn)車輛勻速過(guò)橋時(shí)橋梁動(dòng)力響應(yīng)。該橋試驗(yàn)聯(lián)跨跑車試驗(yàn)為1輛350KN重汽車以每小時(shí)20km/h、30km/h、40km/h的速度駛過(guò)全橋。跑車試驗(yàn)時(shí)測(cè)量試驗(yàn)聯(lián)跨振幅響應(yīng)及沖擊系數(shù)。

（2）跳車試驗(yàn)是模擬汽車越過(guò)障礙物試驗(yàn)，在試驗(yàn)聯(lián)跨跨中位置放置減速帶，一輛350KN重試驗(yàn)載重汽車以10km/h的車速跨過(guò)減速帶，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)振幅和橋面板在豎向沖擊荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)和頻率。

（3）由橋梁強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)程曲線分析得到的各測(cè)試工況的沖擊系數(shù)

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015），沖擊系數(shù)的取值為：

當(dāng)f<1.5 Hz 時(shí)? ? ? ? ? μ=0.05

當(dāng)1.5 Hz

當(dāng)f>14 Hz 時(shí)? ? ? ? ? ?μ=0.45

式中 f-為結(jié)構(gòu)的基頻（Hz）。

該橋上部結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)的理論計(jì)算值為0.28，結(jié)構(gòu)在跑車、跳車激勵(lì)作用下的沖擊系數(shù)均小于理論值，結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)力響應(yīng)與理論值較接近。

（4）該橋的實(shí)測(cè)阻尼比為0.049，由起始波和終止波計(jì)算出阻尼比為0.049，在正常范圍1%—10%之間。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的綜合分析，掌握橋梁的技術(shù)狀況，確定橋梁的使用條件，可以有效保證橋梁結(jié)構(gòu)物使用的安全性和耐久性。此外橋梁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)是大跨徑橋梁施工控制，新橋型結(jié)構(gòu)性能研究，各類橋梁施工質(zhì)量控制和評(píng)定工作的重要工作，認(rèn)真做好橋梁試驗(yàn)檢測(cè)工作，對(duì)推動(dòng)我國(guó)大跨徑橋梁建設(shè)水平，促進(jìn)橋梁工程質(zhì)量水平提高具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). CJJ 99-2017 城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.

[2] 中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).JTG/T J21-01-2015 公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程.人民交通業(yè)出版社，2016.