某簡支T型梁橋動靜載試驗研究 ①

趙柏冬， 吳 迪,*， 李文全

(1.沈陽大學(xué)建筑工程學(xué)院，遼寧 沈陽,110044；2.遼寧大通公路工程有限公司，遼寧 沈陽 110005)

0 引 言

在我國目前已經(jīng)建成的橋梁中，混凝土簡支T梁憑借其可靠性、功能性、經(jīng)濟性在我國公路建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用[1-2]。但是隨著行車荷載等級的不斷增加部分已經(jīng)修建多年的混凝土T梁承載力已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代的行車要求。對于承載力無法滿足的橋梁拆除重建在經(jīng)濟與技術(shù)等層面是不合理的。所以要求人們定時對在役橋梁進行檢測，準確的掌握混凝土T梁的實際承載能力，針對性的對橋梁進行加固、拆除、等一系列操作增加其在安全承載力范圍內(nèi)的服役時間[3-5]。

1 依托工程概況

某高速路段一區(qū)間某橋建成于2002年。該橋左、右分幅，跨徑布置為50m×30m，橋梁全長為1508m，交角為90°。橋面凈寬為2m×11.25m，兩幅內(nèi)、外側(cè)各設(shè)0.50m的防撞墻；上部結(jié)構(gòu)為后張預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，左、右幅橋每孔各6片，每孔設(shè)置7道橫隔梁；橋面鋪裝采用瀝青混凝土， 縱向最大坡度為 3%，橫向坡度均為 2%。橋梁設(shè)計荷載為汽車-超20級、掛車—120。

2 建立模型

查詢橋梁設(shè)計圖紙并運用midas/civil建立結(jié)構(gòu)分析模型，橋梁的上部結(jié)構(gòu)使用C55混凝土。在Midas/Civil中，遵循JTG(RC)規(guī)范，混凝土彈性模量E=3.55x104MPA，泊松比μ=0.2，ρ=2.6103kg/m3，線性膨脹系數(shù)[5]，計算模型見圖1。

圖1 計算模型圖

3 靜載試驗[6-7]

3.1 試驗原理

橋梁靜載試驗是通過加載車輛，遵循“內(nèi)力等效”原則對橋梁施加等同于設(shè)計荷載的等效荷載。待加載穩(wěn)定后，讀取各測點的應(yīng)變、撓度數(shù)值，并匯總計算校驗系數(shù)與殘余形變等數(shù)值，以此判斷橋梁的承載力情況。

3.2 測試截面選擇

在靜力學(xué)分析中，混凝土為受壓構(gòu)件。簡支T梁部件在彈性工作階段主要承受跨中最大的彎矩變形．T梁梁體在恒載作用下，上部承受壓應(yīng)力，下部承受拉應(yīng)力，下部應(yīng)力產(chǎn)生的變形破壞將是直接影響簡支梁整體結(jié)構(gòu)安全可靠度的主要因素。通過使用Midas/civil模型計算出梁的最大彎矩，最大彎矩所在截面即為本次試驗的控制截面。由圖2模型計算結(jié)果可以看出，試驗的最大彎矩發(fā)生在跨中截面，故選取跨中截面為本次試驗的控制截面。

圖2 四級荷載下最大彎矩

3.3 測點布置

撓度測點布置為在橋梁控制截面梁底處布置，應(yīng)變測點布置在跨中梁底處以及沿主要測試梁的梁高方向布置。具體布置位置見圖3、圖4.

圖3 撓度測點圖

圖4 應(yīng)變測點圖

3.4 加載方式

試驗采用四輛三軸汽車進行加載，遵循“內(nèi)力等效”原則，加載車輛的具體參數(shù)見表1。靜載試驗的荷載效率見表2。

表1 試驗車輛技術(shù)參數(shù)表

表2 靜載試驗荷載效率

3.5 撓度結(jié)果分析

試驗采用千分表讀取橋梁測點的撓度值，同時運用有限元分析軟件midas計算靜力荷載作用下的各測點的理論撓度值，試驗總結(jié)了各級荷載作用下控制截面跨中梁底測點撓度的理論值與實測值，結(jié)果見表3。

表3 C1-C6撓度實測值與理論值

3.6 應(yīng)變結(jié)果分析

試驗采用DH3820多通道數(shù)據(jù)采集儀進行應(yīng)變采集，選取梁腹板沿高度方向的應(yīng)變理論值與計算值進行比較，見表4。并選取跨中截面測點理論值與實測值比較，結(jié)果見表5。繪制了梁應(yīng)變-梁高曲線如圖5。

表4 應(yīng)變測點在四級荷載作用下的應(yīng)變數(shù)值

表5 C1-C6應(yīng)變實測值與理論值

4 動載試驗

4.1 動載試驗原理

動載試驗主要測試內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的頻率、阻尼比等參數(shù)。首先對橋梁結(jié)構(gòu)施加激勵，測試特定部位在激勵作用下的動力響應(yīng)，對動力響應(yīng)進行試驗?zāi)B(tài)分析，分析出橋梁結(jié)構(gòu)的動力參數(shù)，根據(jù)動載試驗的測試結(jié)果和理論結(jié)果對比分析，從而判斷橋梁的使用狀態(tài)。

圖5 1號梁應(yīng)變-梁高曲線

4.2 測點布置

由于簡支T型梁橋的結(jié)構(gòu)特點，動載試驗的測點位置布置控制截面的跨中梁底位置，試驗跑車測點位置在1號、2號梁跨中梁底。脈動試驗一個測點，測點位置為橋梁跨中。

4.3 試驗方案

脈動試驗：在被測橋梁跨中位置放置振動傳感器，通過環(huán)境隨機激振法對橋梁輸入激振能量，通過傳感器采集的數(shù)據(jù)對振動信號進行分析處理，結(jié)果匯總與表6。

表6 上部結(jié)構(gòu)自振頻率檢測結(jié)果

跑車試驗：試驗通過兩輛載重約400kN的汽車以不同速率勻速駛過被測橋梁，通過測量將被測橋梁的沖擊系數(shù)見表7。

表7 上行橋第47孔沖擊系數(shù)結(jié)果表

4.4 試驗數(shù)據(jù)

通過對橋梁進行跑車試驗，在10km/h的速度時程曲線中，所測微應(yīng)變峰值為37.976，最小值為3.47；在20km/h的速度時程曲線中，所測微應(yīng)變峰值為46.6，最小值為4.32；在30km/h的速度時程曲線中，所測微應(yīng)變峰值為41.97，最小值為5.76；在40km/h的速度時程曲線中，所測微應(yīng)變峰值為48.25，最小值為6.64。

5 結(jié) 語

在對橋梁的實際荷載試驗方法進行簡要的描述后，結(jié)合某橋一孔預(yù)應(yīng)力簡支T梁的荷載試驗工程案例得到如下結(jié)論：

(1)通過對某橋其中一孔進行靜載試驗，結(jié)合Midas有限元模擬對比分析以及有限元計算。簡要介紹了試驗的加載方案，加載等級，測點布置等，對該橋的實測應(yīng)變、撓度值與理論計算值進行比對分析，結(jié)果表明：該橋梁理論分析與設(shè)計方法可靠，橋梁的剛度與承載力滿足安全使用要求。

(2)在橋梁靜載試驗中，被測橋梁的控制截面的撓度校驗系數(shù)滿足規(guī)范規(guī)定的0.7～1.0；應(yīng)變校驗系數(shù)符合規(guī)范0.6～0.9的相關(guān)要求，表明橋梁實際工作狀況優(yōu)于理論狀況，撓度和應(yīng)變與其理論值呈線性關(guān)系，應(yīng)變沿T梁橫向變化符合T梁剪力效應(yīng)分布特點，沿梁高方向變化符合平截面假定原理。且對殘余應(yīng)變和相對殘余變形相均小于20%，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

(3)在動載試驗中，梁自振頻率實測值大于計算值，實際測量值越大，表明試驗孔T梁實際剛度越好。一階實測阻尼比為2.13%，表明被測橋梁消耗外部能量的能力良好，在加載車行駛車速 10km/h、30km/h、40km/h的行車作用下，橋梁沖擊系數(shù)實測值小于理論值，表明結(jié)構(gòu)在車速10km/h、30km/h、40km/h行車作用下結(jié)構(gòu)動力增大效應(yīng)小于理論狀況；在50km/h行車作用下實測沖擊系數(shù)實測值大于理論值，表面結(jié)構(gòu)在車速50km/h行車作用下結(jié)構(gòu)動力增大效應(yīng)大于理論狀況。