基于三塔雙索面斜拉橋靜動(dòng)載試驗(yàn)簡析動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果對橋梁靜載承載力判定的影響

盧 的 金 翀 邱建華

（1 廣東全科工程檢測有限公司；2 浙江交工集團(tuán)股份有限公司；3 廣東中磐工程檢測有限公司）

1 工程概況

八里湖大橋全長1590m，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)?2m，主橋橋?qū)?5.6m。本橋由主橋和兩側(cè)引橋組成，主橋跨布置為80.55+2×132+80.55=425.1m。主橋上部結(jié)構(gòu)為三塔剛構(gòu)-連續(xù)梁矮塔斜拉橋，索塔為戒指形，中塔塔梁墩全固結(jié)，兩邊塔塔梁分離。邊主梁采用等截面單箱單室混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。主梁采用C55 混凝土，主塔采用C60 混凝土。道路等級(jí)為城市I級(jí)主干路，設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)；設(shè)計(jì)車速：50km/h；人群荷載：3.0KN/m2。主橋橋梁布置圖如圖1。

圖1 八里湖大橋立面圖

八里湖大橋已投入使用8 年，大量隱蔽結(jié)構(gòu)的損傷無法通過巡檢發(fā)現(xiàn)，必須周期性地采用動(dòng)靜載試驗(yàn)觀測橋梁力學(xué)性質(zhì)從而判斷其健康狀態(tài)。靜載試驗(yàn)直接判定承載能力是否達(dá)標(biāo)，動(dòng)載試驗(yàn)則通過動(dòng)力響應(yīng)特性反映重要結(jié)構(gòu)是否存在較大損傷，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)可為橋梁維修、養(yǎng)護(hù)的決策提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

2 靜載試驗(yàn)

采用空間有限元程序MIDAS Civil 2015 對橋梁進(jìn)行建模計(jì)算，通過對比設(shè)計(jì)荷載作用下的結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)，確定試驗(yàn)荷載的大小和布置。理論計(jì)算中的試驗(yàn)荷載采用多輛3 軸30t 重車布置。模型共584 個(gè)節(jié)點(diǎn)、460個(gè)梁單元、120 個(gè)桁架單元。重要計(jì)算結(jié)果見圖2～圖4。

圖2 橋梁主梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)荷載作用下彎矩值圖

圖3 移動(dòng)荷載作用下索力圖

圖4 移動(dòng)荷載作用下橋塔塔頂最大縱橋向水平位移圖

根據(jù)《公路橋梁承載力檢測評定規(guī)程》和《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》的規(guī)定，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果選擇了8個(gè)最不利位置作為主要內(nèi)力控制截面。

試驗(yàn)中采用振弦式應(yīng)變計(jì)測試截面應(yīng)力（應(yīng)變），全橋設(shè)置12個(gè)監(jiān)測截面，共計(jì)112個(gè)測點(diǎn)。采用精密電子水準(zhǔn)儀測量撓度。撓度測點(diǎn)布置于試驗(yàn)跨的支點(diǎn)頂部、四分點(diǎn)和跨中位置。塔身水平位移測點(diǎn)布置于塔身圓弧的中點(diǎn)和四分點(diǎn)位置。試驗(yàn)時(shí)，加載車輛的實(shí)際重量超出理論計(jì)算荷載約5%，屬合理范圍。

表1 試驗(yàn)工況

靜載試驗(yàn)開始時(shí)氣溫為26.1°C，結(jié)束時(shí)氣溫為25.9°C，試驗(yàn)過程中大氣溫度變化0.2°C，試驗(yàn)過程中溫度基本恒定。各工況的試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：在等效試驗(yàn)荷載作用下，邊跨箱梁撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均不大于理論分析計(jì)算值，拉索、邊主墩橋塔位移校驗(yàn)系數(shù)小于理論值，卸載后殘余比均小于20%，說明邊跨主梁縱向剛度滿足要求，拉索及橋塔構(gòu)件性能較好，有一定的安全儲(chǔ)備，結(jié)構(gòu)在設(shè)荷載作用下是安全的；中跨箱梁撓度校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到1.09，索力最大值校驗(yàn)系數(shù)達(dá)到1.07，說明中跨箱梁縱向剛度和斜拉索性能可能有所降低，但其殘余比均能滿足小于20%的要求，且在試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)梁體有肉眼可見的新裂縫產(chǎn)生，表明該結(jié)構(gòu)仍具有良好的工作狀態(tài)。

表2 試驗(yàn)測試結(jié)果實(shí)測值與理論值對比

3 動(dòng)載試驗(yàn)

使用子空間迭代法計(jì)算得到主橋的前9 階自振模態(tài)理論頻率和阻尼比，如表3 所示。脈動(dòng)試驗(yàn)的實(shí)測結(jié)果顯示，各階模態(tài)實(shí)測頻率均比理論值高，說明結(jié)構(gòu)的整體剛度滿足設(shè)計(jì)要求。阻尼比在1.7%～4.0%之間，相對較小，說明在小振幅范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的阻尼比較低。

表3 八里湖大橋模態(tài)計(jì)算及實(shí)測結(jié)果比對

實(shí)測跑車、剎車、跳車基頻均為0.568Hz，與理論值之比大于1.1，結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于理論值。但因缺乏往期動(dòng)載試驗(yàn)資料，缺乏數(shù)據(jù)對比，無法嚴(yán)格確定橋梁力學(xué)性能是否存在劣化。

實(shí)測跑車50km/h沖擊系數(shù)為0.039，小于理論計(jì)算值0.05，說明橋梁路面平整，運(yùn)營性能良好。

4 結(jié)論

通過對靜載試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)的整理分析，可見該橋主橋中跨試驗(yàn)跨在各試驗(yàn)工況荷載作用下，雖然部分測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)輕微大于規(guī)范允許值，但梁體、橋塔及拉索殘余撓度比小于規(guī)范規(guī)定值20%，說明橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載下處于彈性工作狀態(tài)。動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)實(shí)測模態(tài)固有頻率比理論值略高，進(jìn)一步證明橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度不差于理論計(jì)算。由于混凝土材料力學(xué)特性的原因，混凝土結(jié)構(gòu)理論計(jì)算的誤差通常較大，同時(shí)試驗(yàn)的實(shí)際加載量較理論計(jì)算重，故可得出以下合理推斷：略微超限的靜載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)源于試驗(yàn)誤差和計(jì)算誤差。

通過本次動(dòng)載試驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)部分橋梁養(yǎng)護(hù)單位對往期資料保存并不妥善，缺乏往期動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致本次實(shí)驗(yàn)無法作出完整全面的分析。在路橋設(shè)施運(yùn)營、維護(hù)階段，運(yùn)維公司的管理工作仍有可提升空間。