謝勇 王華

摘 要：連續(xù)剛構(gòu)施工便利，造價(jià)較低且適應(yīng)山區(qū)地形特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于山區(qū)高等級(jí)公路橋梁中。遇到山區(qū)常見的“U”、“V”狀峽谷地形，常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)。本文對(duì)一座5跨連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行了結(jié)構(gòu)理論計(jì)算和動(dòng)靜載試驗(yàn)，評(píng)價(jià)大橋在設(shè)計(jì)使用荷載下的結(jié)構(gòu)性能，為山區(qū)多跨連續(xù)剛構(gòu)橋型的試驗(yàn)檢測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)，多跨連續(xù)剛構(gòu)，荷載試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： S773.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

連續(xù)剛構(gòu)橋采用懸臂法施工，對(duì)機(jī)具、場(chǎng)地及運(yùn)輸條件的要求低，在山高坡陡、施工場(chǎng)地狹窄的山區(qū)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。一般山區(qū)常采用3跨連續(xù)剛構(gòu)的橋型，對(duì)于多跨連續(xù)剛構(gòu)則較少開展。本文對(duì)一座5跨連續(xù)剛構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)理論計(jì)算和動(dòng)靜載試驗(yàn)，對(duì)進(jìn)一步完善多跨連續(xù)剛構(gòu)的試驗(yàn)檢測(cè)方法和承載能力的評(píng)定提供參考。

1、工程概述

烏江特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為108+3×200+108m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，橋位路線在距思南縣城下游約2.5km處跨越烏江，烏江水域在此寬度為270米，測(cè)時(shí)水深5米左右，水流較緩。下部主墩為雙薄壁空心墩、分隔墩為單薄壁空心墩，采用樁基礎(chǔ)，主橋橋墩采用C40混凝土。上部為分離式橋梁，分左右兩幅，箱梁構(gòu)造采用C55混凝土，采用變截面單箱單室斷面。

2、靜載試驗(yàn)

2.1 方案選擇

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》JTG/T J21-2011里的相關(guān)規(guī)定，“對(duì)于多跨或多孔橋梁，應(yīng)根據(jù)橋梁技術(shù)狀況檢查評(píng)定情況，選擇具有代表性的或最不利的橋跨進(jìn)行承載能力檢測(cè)評(píng)定?！北敬螜z測(cè)橋梁為新建分離式左右兩幅結(jié)構(gòu)，且為5跨對(duì)稱結(jié)構(gòu)，經(jīng)與業(yè)主協(xié)商，各選擇左、右幅第11、12跨為試驗(yàn)橋跨。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)試相應(yīng)加載工況下試驗(yàn)加載截面控制部位的應(yīng)變（應(yīng)力），以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否到達(dá)驗(yàn)算荷載要求；

測(cè)試各加載工況下橋跨撓度分布，以判斷該橋梁結(jié)構(gòu)剛度是否達(dá)到驗(yàn)算荷載要求。

2.3 測(cè)試截面及測(cè)點(diǎn)布置

橋面撓度測(cè)試截面：在橋面上設(shè)8個(gè)撓度測(cè)試截面，采用精密光學(xué)水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)點(diǎn)布置詳見圖1。應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試截面：共設(shè)4個(gè)應(yīng)力測(cè)試截面，在箱梁內(nèi)部底板打磨，每個(gè)測(cè)區(qū)貼2片應(yīng)變片，保證數(shù)據(jù)的可靠性，采用揚(yáng)州晶明JM3812進(jìn)行測(cè)試，詳見圖2。

圖1撓度測(cè)試截面布置圖（單位：cm） 圖2應(yīng)力測(cè)試截面布置圖(單位：cm)

2.4 試驗(yàn)荷載

結(jié)構(gòu)計(jì)算中按公路I級(jí)最不利布載，取控制截面最大彎矩作為試驗(yàn)加載截面的控制值。各試驗(yàn)加載截面的控制內(nèi)力見表1：

表1靜力試驗(yàn)荷載效率

工況

序號(hào) 工況內(nèi)容 用車量

（臺(tái)） 控制部位 設(shè)計(jì)控制值

（kN?m） 試驗(yàn)計(jì)算值

（kN?m） 荷載效率

1 邊跨最大正彎矩 6 J1截面 34098.70 32402.77 0.95

2 墩頂最大負(fù)彎矩 10 J2截面 -133303.80 -113402.47 0.85

1/4最大負(fù)彎矩 10 J3截面 -32814.40 -30907.60 0.94

中跨最大正彎矩 10 J4截面 35914.50 37764.99 1.05

2.5 試驗(yàn)工況

共進(jìn)行2種情況的加載試驗(yàn)，即2個(gè)加載工況，具體如下：

工況1：J1M+偏載作用下應(yīng)變和撓度測(cè)試；工況2：J2M-、J3M-、J4M+偏載作用下應(yīng)變和撓度測(cè)試。

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

（1）應(yīng)力

在試驗(yàn)荷載作用下，測(cè)試截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力及與計(jì)算應(yīng)力的比較見表2～表3。

表2 試驗(yàn)荷載作用下左幅橋?qū)崪y(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力對(duì)比表

試驗(yàn)工況 測(cè)試截面 彈性應(yīng)力（MPa） 計(jì)算值

（MPa） 校驗(yàn)系數(shù)η（／）

工況1 J1下緣測(cè)點(diǎn) 0.83 1.77 0.47

工況2 J2上緣測(cè)點(diǎn) 0.57 1.06 0.54

J3上緣測(cè)點(diǎn) 0.32 0.78 0.41

J4下緣測(cè)點(diǎn) 1.26 3.05 0.41

表3 試驗(yàn)荷載作用下右幅橋?qū)崪y(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力對(duì)比表

試驗(yàn)工況 測(cè)試截面 彈性應(yīng)力（MPa） 計(jì)算值

（MPa） 校驗(yàn)系數(shù)η（／）

工況1 J1下緣測(cè)點(diǎn) 0.86 1.77 0.49

工況2 J2上緣測(cè)點(diǎn) 0.36 1.06 0.34

J3上緣測(cè)點(diǎn) 0.36 0.78 0.46

J4下緣測(cè)點(diǎn) 1.60 3.05 0.52

從表2～表3可以看出：測(cè)試截面的實(shí)測(cè)應(yīng)力均小于理論計(jì)算值，橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足要求。

（2）撓度

各工況試驗(yàn)荷載作用下，左幅橋撓度測(cè)試截面的實(shí)測(cè)值及與計(jì)算值的比較曲線見圖3~圖4。

圖3 左幅橋工況1撓度曲線圖4 左幅橋工況2撓度曲線

左幅橋?qū)崪y(cè)值與理論計(jì)算值的線性相關(guān)曲線見圖5~6。

圖5 左幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關(guān)曲線 圖6左幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關(guān)曲線

各工況試驗(yàn)荷載作用下，右幅橋撓度測(cè)試截面的實(shí)測(cè)值及與計(jì)算值的比較曲線見圖3~圖4。

圖7 右幅橋工況1撓度曲線圖8 右幅橋工況2撓度曲線

右幅橋各截面的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的線形相關(guān)曲線見圖5~8。

圖9 右幅橋工況1 J1截面F2撓度線性相關(guān)曲線 圖10 右幅橋工況2 J4截面F6撓度線性相關(guān)曲線

從圖3～圖10可以看出：試驗(yàn)加載下，實(shí)測(cè)撓度小于理論計(jì)算撓度，線性相關(guān)系數(shù)在0.95以上，卸載后撓度回復(fù)正常，表明在試驗(yàn)荷載下，試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

（3）裂縫檢查

在各工況滿載情況下，在箱梁內(nèi)部對(duì)各控制截面仔細(xì)觀察，未發(fā)現(xiàn)表面可見裂縫。

3、動(dòng)力荷載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

動(dòng)載試驗(yàn)主要針對(duì)大橋第11跨進(jìn)行，包括以下內(nèi)容：橋跨結(jié)構(gòu)自振特性、J4截面行車動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

在中跨跨中截面布置豎向加速度測(cè)點(diǎn)和縱向動(dòng)應(yīng)變。

3.3 理論振型

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL2011計(jì)算橋跨結(jié)構(gòu)自振特性，其結(jié)果見圖11。

圖11 一階豎向彎曲計(jì)算振型（f1=0.687Hz）

3.4 實(shí)測(cè)

大橋動(dòng)態(tài)測(cè)試采用揚(yáng)州晶明JM3844進(jìn)行，實(shí)測(cè)左、右幅一階基頻為1.000，理論計(jì)算一階基頻為0.687，實(shí)測(cè)值大于理論計(jì)算值。

汽車以10km/h～50km/h的速度進(jìn)行跑車試驗(yàn)，得出測(cè)試截面最大動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)如表4～表5所示。

表4左幅橋動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)分析表

工況

項(xiàng)目

測(cè)試參數(shù) 無障礙行車試驗(yàn)

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大動(dòng)應(yīng)變 4.354 4.684 4.559 4.244 4.610

沖擊系數(shù) 1.078 1.078 1.074 1.066 1.032

表5右幅橋動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)分析表

工況

項(xiàng)目

測(cè)試參數(shù) 無障礙行車試驗(yàn)

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大動(dòng)應(yīng)變 4.068 4.275 4.822 4.673 4.976

沖擊系數(shù) 1.025 1.041 1.050 1.025 1.034

通過表4～表5看出：左幅橋無障礙行車試驗(yàn)的沖擊系數(shù)介于1.032~1.078之間，右幅橋無障礙行車試驗(yàn)的沖擊系數(shù)介于1.025~1.050之間，表明大橋橋面較平整，跑車引起的沖擊較小。

4、結(jié)語(yǔ)

通過靜載試驗(yàn)可知：橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)應(yīng)力均小于計(jì)算值，實(shí)測(cè)撓度小于計(jì)算撓度，卸載后上撓度回復(fù)正常，橋跨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度滿足要求。

通過橋跨結(jié)構(gòu)自振特性測(cè)試，實(shí)測(cè)基頻大于理論值，表明結(jié)構(gòu)的剛度滿足要求；通過無障礙行車試驗(yàn)表面橋面較平整。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范永強(qiáng). 連續(xù)剛構(gòu)橋外觀檢測(cè)及無損檢測(cè)[J].科技信息，2009第17期：309-02

[2] 戴兵，呂毅剛.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋靜載試驗(yàn)研究及仿真分析[J].公路與汽運(yùn)，2010（05）:0120-03

[3] 王建強(qiáng)，趙文秀.連續(xù)剛構(gòu)組合橋的荷載試驗(yàn)分析[J].城市道橋與防洪，2005（11）：156-03

[4] 楊勇.某連續(xù)剛構(gòu)的荷載試驗(yàn)研究[J].科技風(fēng)，2011（06）：032-03

作者簡(jiǎn)介：謝勇(1981.11---)，男，本科學(xué)歷，貴州省惠水人，工程師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)分析與檢測(cè)。