基于荷載試驗的漠陽江特大橋承載能力評定

劉文海 張 鵬 趙 展 肖金輝 喬升訪

（1.廣州建設工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 510440；2.廣州建筑股份有限公司，廣東 廣州 510030）

我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展帶動了交通物流的飛速發(fā)展。橋梁在交通運輸環(huán)節(jié)有重要的作用，橋梁運營的安全性日益受到人們的關注。橋梁荷載試驗是一種驗證橋梁安全性的科學有效辦法，我國現(xiàn)階段也頒布了一系列的相關規(guī)范和標準[1-5]，用于指導相關工作。大量工程技術研究人員從事相關研究工作，并取得了豐碩成果，例如在預制裝配式T梁橋[6-7]、石拱橋[8]、臨時鋼棧橋[9]、鋼纖維混凝土橋[10]、鋼-UHPC橋梁[11]、斜拉橋[12-15]以及拱橋[16-17]等橋型中運用，均取得了良好的效果。本文針對連續(xù)剛構橋利用荷載試驗評定橋梁的整體性能，為橋梁的驗收運營提供翔實的資料，也為同類型橋梁的評定提供有益借鑒。

1 工程概況

漠陽江特大橋主橋跨徑布置為88 m+152 m+88 m變截面連續(xù)剛構橋，橋梁左右幅分幅布置、單向三車道。主墩采用雙壁墩，單幅橋橫橋向墩寬和箱梁一致，為8.75 m。主橋箱梁混凝土強度等級為C60。薄壁墩為C40，承臺為C30，支座采用盆式支座。汽車荷載為城-A級。引橋采用橋面連續(xù)結構預制小箱梁。引橋橋面橫向布置為15.25 m（橋?qū)挘?0.5 m（防撞欄）+11.25 m（機動車道）+3.5 m（人行道及非機動車道）。汽車荷載為城-A級。

漠陽江特大橋概貌如圖1所示。

圖1 漠陽江特大橋概貌

2 計算模型

按照設計文件，左幅主橋（13#～16#軸）為變截面連續(xù)剛構橋，設計荷載為城市-A級，設計時速60 km/h。主橋主梁采用C60混凝土，薄壁墩采用C40混凝土，支座采用盆式支座。橋梁由本次測試軸跨為88 m+152 m+88 m跨。根據(jù)相關設計文件，通過Midas/Civil建立各測試跨橋梁模型。

橋梁Midas/Civil計算模型如圖2所示。

圖2 橋梁Midas/Civil計算模型

橋梁控制加載截面如圖3所示。

圖3 橋梁控制加載截面（單位：cm）

3 靜載試驗

本試驗為驗收性荷載試驗，根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）[2]的要求，橋梁的靜力試驗按荷載效率η來確定試驗的最大荷載，η取值范圍在0.85～1.05之間。

靜力荷載效率η的計算公式為：

式中：St——試驗荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；Sd——設計標準荷載作用下，檢測部位變形或內(nèi)力的計算值；1+μ——設計取用的動力系數(shù)。

橋梁荷載試驗各控制截面荷載效應（彎矩）如表1所示。

表1 各控制截面荷載效應（彎矩）

本文以中跨跨中最大正彎矩工況（工況二）為例說明漠陽江特大橋的承載能力狀況。

工況二橋梁主要測點實際變形情況如表2所示。

表2 工況二橋梁主要測點變形情況

工況二B-B截面應變情況如表3所示。

表3 工況二B-B截面應變情況

橋梁撓度校驗系數(shù)介于0.69～0.74之間，均小于1，表明橋梁主梁上部結構處于彈性階段，整體性能較好?？缰蠦-B截面應變校驗系數(shù)介于0.71～0.76之間，均小于1，滿足規(guī)范要求，且橋梁跨中截面處于彈性階段，安全冗余量較大，整體性能較好，滿足設計荷載等級的使用要求。

各級荷載作用下橋梁實測撓度曲線如圖4所示，B-B截面應變實測曲線如圖5所示。

圖4 各級荷載作用下橋梁實測撓度曲線

圖5 各級荷載作用下B-B截面實測應變曲線

4 脈動試驗

Midas/Civil軟件模擬得出橋梁豎向第一階振型頻率為1.292 Hz。

橋梁豎向第一階模態(tài)及頻率如圖6所示。

圖6 豎向第一階模態(tài)及頻率

橋梁不受車輛荷載作用時，橋梁會受到風荷載、水流、大地脈動等隨機荷載的激勵，橋跨結構會產(chǎn)生微幅振動響應。通過測試橋跨結構的振動響應，經(jīng)頻譜分析得出橋跨結構的自振頻率。

橋梁脈動頻譜如圖7所示。

圖7 橋梁脈動試驗頻譜

橋跨結構豎向第一階頻率為1.367 Hz，測試結果略大于理論值，說明橋梁剛度滿足設計要求。

5 結語

通過橋梁模態(tài)試驗與理論分析對比可知，橋梁靜力性能良好，主橋構件處于彈性階段，滿足設計荷載的使用要求；橋梁實測基頻大于理論值，表明漠陽江特大橋主橋整體剛度優(yōu)于設計值，大橋整體性能良好。