會理縣魚鲊金沙江大橋的現(xiàn)場荷載試驗(yàn)分析

張宇陽

（四川華騰公路試驗(yàn)檢測有限責(zé)任公司，四川 成都 610000 ）

1 工程概況

會理縣魚鲊金沙江大橋位于G108 線，橋梁中心樁號為K3030+633，跨越金沙江下游干流攀枝花到龍街河段，東岸接涼山州會理縣魚鲊鄉(xiāng)，西岸接攀枝花市仁和區(qū)大龍?zhí)兑妥遴l(xiāng)的拉鲊村。魚鲊金沙江大橋施工圖設(shè)計(jì)起訖里程為K0+513.5～K1+539.5，全橋長為1026m，其中主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋采用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁。全幅橋?qū)?8.5m，橋面鋪裝采用瀝青混凝土，全橋設(shè)置8 道伸縮縫，護(hù)欄為鋼筋混凝土護(hù)欄，大橋整體于2015 年建成通車。

2 檢測目的

為了評定魚鲊金沙江大橋的受力情況和工作性能，主要檢測目的分為3個方面：1）通過對橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及專項(xiàng)檢查收集必要的資料，全面掌握橋梁各結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀況、破損程度、明確橋梁的病害原因，初步確定橋梁工作狀態(tài)及使用性能，對橋梁進(jìn)行技術(shù)狀況評定；2）通過動、靜載荷載試驗(yàn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況及工作性能，并評價橋梁實(shí)際承載能力[1]；3）通過實(shí)測數(shù)據(jù)的對比分析，提出橋梁養(yǎng)護(hù)處置建議，為橋梁養(yǎng)護(hù)處置提供科學(xué)依據(jù)。

3 檢測評定內(nèi)容及方法

本次主要對魚鲊金沙江大橋進(jìn)行表觀缺損狀況檢查和荷載試驗(yàn)等，并對橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評定。根據(jù)檢測目的，本次檢測分為如下幾個部分：1）外觀缺損狀況檢查（橋梁上、下部結(jié)構(gòu)和橋梁表觀缺損狀況檢查），其檢測方法為采用目測與儀器相結(jié)合的方法對橋梁逐跨進(jìn)行表觀缺損狀況檢查，對橋梁各構(gòu)件的缺損進(jìn)行位置、特性等定性描述，然后輔以專業(yè)設(shè)備對缺損進(jìn)行定量描述。2）橋梁靜載試驗(yàn)，通過直接測量橋跨結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的變形和應(yīng)力來了解結(jié)構(gòu)的實(shí)際性能（如結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度等）[2]，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載等級要求在橋面布置一定數(shù)量的加載車輛，然后測量橋跨結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，包括撓度測量、應(yīng)力測試、支點(diǎn)沉降測試以及裂縫開展等情況，以此評定橋跨結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況和承載能力。3）橋梁的動載試驗(yàn)，橋梁動載試驗(yàn)主要包括脈動試驗(yàn)、有障礙行車試驗(yàn)、無障礙行車試驗(yàn)和剎車試驗(yàn)[3]。脈動試驗(yàn)測試結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型和阻尼比；行車和剎車試驗(yàn)測試控制截面的動應(yīng)變響應(yīng)，計(jì)算對應(yīng)速度下的沖擊系數(shù)，本次選擇主橋、20#跨以及22#跨進(jìn)行動載試驗(yàn)。

4 檢測結(jié)果與分析

根據(jù)橋梁的檢測內(nèi)容，可分別得到金沙江大橋的外觀型檢測結(jié)果，靜荷載試驗(yàn)結(jié)果和動荷載試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)對這三類結(jié)果分別進(jìn)行總結(jié)分析。

4.1 外觀缺損狀況檢測結(jié)果

上部結(jié)構(gòu)表觀缺損主要表現(xiàn)為：梁馬蹄右側(cè)側(cè)面在橋長的3/8～5/8 截面之間存在1 條縱向貫通裂縫，最大寬度高達(dá)0.38mm；部分梁均存在縱向裂縫，裂縫長度介于0.50m～2.36m 之間，寬度介于0.08mm～0.14mm 之間；同時橋梁的梁和隔板處都存在剝落、露筋、裂縫等病害。下部結(jié)構(gòu)表觀缺損主要表現(xiàn)為：左面墩墩身距地面10m 范圍內(nèi)均存在大面積收縮裂紋，約占其面積的30%～60%，同時在部分承臺處存在著剝落現(xiàn)象，有4 個墩身的在中部地面以上的10m 范圍內(nèi)出現(xiàn)豎向裂縫，且伴有支縫。橋面系表觀缺損主要表現(xiàn)為：橋面鋪裝高低不平，在小部分處存在著巨大的高差現(xiàn)象，最大高差達(dá)2cm，同時伸縮縫中的橡膠止水帶存在破損現(xiàn)象，約各占其長度10%～20%，伸縮縫中的錨固區(qū)中的混凝土存在多條橫向裂縫，且錨固區(qū)附近橋面鋪裝瀝青混凝土存在變形現(xiàn)象，使得行車時存在異響、跳車現(xiàn)象；橋面護(hù)欄在交界處存在剝落、露筋現(xiàn)象，1#人行道砂漿抹面存在大面積收縮裂紋，約占其面積50%。

4.2 靜荷載試驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 計(jì)算模型

采用有限元軟件Midas/CIVIL 2012 版進(jìn)行計(jì)算分析。

4.2.2 計(jì)算條件

（1）建立空間有限元模型，進(jìn)行恒載計(jì)算及活載分析；

（2）全橋各構(gòu)件的幾何參數(shù)、材料參數(shù)以及荷載參數(shù)均采用現(xiàn)場實(shí)測值；

（3）計(jì)算模型中僅將橋面鋪裝和護(hù)欄考慮為荷載作用，而不參與結(jié)構(gòu)受力；

4.2.3 單元劃分

全橋所有構(gòu)件均采用梁單元模擬，其中連續(xù)剛構(gòu)有限元模型共計(jì)211 個節(jié)點(diǎn)，206 個單元，40m 簡支T 梁有限元模型共計(jì)425 個節(jié)點(diǎn)，742 個單元，25m 簡支T 梁有限元模型共計(jì)285 個節(jié)點(diǎn)，478 個單元。

4.2.4 荷載分析

（1）材料自重均按照規(guī)范進(jìn)行取值；

（2）橋面荷載（含橋面鋪裝、欄桿等）折合為線荷載加載；

（3）控制荷載：公路-Ⅱ級。

4.2.5 計(jì)算模型

魚鮓金沙江大橋主橋、引橋有限元計(jì)算模型如圖1～圖2 所示。

圖1 魚鮓金沙江大橋有限元計(jì)算模型（主橋）

圖2 魚鮓金沙江大橋有限元計(jì)算模型（40m 簡支T 梁）

（b）試驗(yàn)工況

根據(jù)橋型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時結(jié)合現(xiàn)場測試條件，按照測試工作高效、準(zhǔn)確、有效的原則，本次橋梁靜載試驗(yàn)設(shè)置10 個工況。靜載試驗(yàn)工況及測試項(xiàng)目見下表。

表1 靜載試驗(yàn)工況及檢測內(nèi)容

4.2.6 試驗(yàn)結(jié)果

在試驗(yàn)過程中，實(shí)行分級加載，其中加載過程分4 級進(jìn)行，卸載過程分2 級進(jìn)行[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明，各試驗(yàn)工況的荷載效率系數(shù)處于0.95～1.05 范圍內(nèi)，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》的要求，加載程序有效。在各試驗(yàn)工況下，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在加載過程中基本呈彈性變化，且卸載后基本恢復(fù)，主要測點(diǎn)相對殘余應(yīng)變不大于20%；撓度校驗(yàn)系數(shù)在加載過程中基本保持彈性變化，且卸載后基本恢復(fù)，主要測點(diǎn)相對殘余變形不大于20%。說明上述試驗(yàn)跨上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度、剛度較好，工作性能良好。整個試驗(yàn)過程中，各試驗(yàn)跨梁體未發(fā)現(xiàn)明顯可見新增裂縫，既有裂縫擴(kuò)展閉合情況正常，滿足規(guī)范要求。

4.3 動荷載試驗(yàn)結(jié)果

按《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)要求分別對橋梁對主橋（11#、12跨）、20#、22#跨開展動載試驗(yàn)，同時利用Midas civil 有限元分析程序?qū)蛄哼M(jìn)行動力特性分析[5]，求解其自振頻率、振型等，通過與實(shí)測結(jié)果比較，對結(jié)構(gòu)整體豎向剛度進(jìn)行綜合分析。主橋的前三階豎向彎曲自振頻率以及20#跨、22#跨一階豎向彎曲自振頻率的實(shí)測值均大于理論計(jì)算值，實(shí)測振型與計(jì)算振型一致，表明受檢橋跨上部結(jié)構(gòu)剛度較好；主橋?qū)崪y最大阻尼比D=0.0485，20#跨實(shí)測最大阻尼比D=0.0465，22#跨實(shí)測最大阻尼比D=0.0194，橋梁阻尼比正常。綜上所述，試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)自振特性正常，動力響應(yīng)正常。

5 結(jié)論

通過對魚鲊金沙江大橋進(jìn)行表觀缺損狀況檢查、動-靜荷載試驗(yàn)，可以得到如下主要結(jié)論。1）大橋總體技術(shù)狀況為2 類，橋梁有輕微缺損，使用功能無影響；2）在靜力荷載作用下，試驗(yàn)橋跨上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的工作性能正常，實(shí)際強(qiáng)度和剛度均滿足要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。3）在動荷載作用下，結(jié)構(gòu)自振特性正常，動力響應(yīng)正常；試驗(yàn)橋跨能滿足設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求。因此只需對橋梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對局部破損和老化的區(qū)域進(jìn)行修理，同時加強(qiáng)交通管制措施，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)荷載及設(shè)計(jì)時速通行即可滿足橋梁的正常使用功能。