湯崇菊,鄧 磊
(1.云南第二公路橋梁工程有限公司,云南昆明 650205;2.江西省交通科學(xué)研究院,江西 南昌 330038)
某大橋主橋橋跨布置采用(43+3×76+106+136+76)m三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁[1]。主橋上部結(jié)構(gòu)采用變截面連續(xù)箱梁,箱梁頂板寬18.340 m,底板寬7.000~10.056 m;136 m與106 m主跨根部中心梁高8.5 m,76.0 m副跨根部中心梁高5.2 m,跨中中心梁高3.0 m;梁底曲線按1.8次拋物線變化;主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用C55混凝土。該橋設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級。橋面橫向分布:2.85 m(人行道)+3.5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+24 m(機(jī)動(dòng)車道)+3.5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+2.85 m(人行道)。
結(jié)構(gòu)理論分析建模要點(diǎn)如下:①計(jì)算中采用空間實(shí)體單元模擬主梁及橫隔板受力,考慮試驗(yàn)荷載下主梁剪力滯、扭轉(zhuǎn)及局部翹曲,使計(jì)算結(jié)果更接近橋梁實(shí)際受力情況;②考慮橋面混凝土鋪裝參與結(jié)構(gòu)活載受力;③動(dòng)力計(jì)算中考慮二期恒載的影響[2-4]。
根據(jù)理論分析結(jié)果,試驗(yàn)跨選擇25#~29#墩(76 m,106 m,136 m,76 m)進(jìn)行試驗(yàn)。在主梁各彎矩測試截面(B~I(xiàn)截面)箱內(nèi)底板上緣布置6個(gè)縱橋向應(yīng)變測點(diǎn);B,D,E,H,I截面偏載側(cè)腹板沿梁高等分布置4個(gè)縱橋向混凝土應(yīng)變測點(diǎn);C,F(xiàn)截面偏載側(cè)腹板沿梁高等分布置4個(gè)主應(yīng)力測點(diǎn);A截面偏載側(cè)腹板布置2個(gè)剪應(yīng)力測點(diǎn)。B,D,E,H,I截面橋面布置3個(gè)撓度測點(diǎn),除各跨控制斷面布置撓度測點(diǎn)外,在邊跨76 m及主跨136 m偏載側(cè)人行道內(nèi)側(cè)橋面上測試撓度曲線[5]。
選擇各試驗(yàn)跨L/2截面、邊跨(76 m)L/4截面、主跨(136 m)L/4截面及L/3截面布置動(dòng)載試驗(yàn)測點(diǎn),見圖1。
圖1 大橋靜動(dòng)載試驗(yàn)測試斷面及測點(diǎn)布置示意(單位:m)
通過計(jì)算分析,進(jìn)行如下靜載加載試驗(yàn):①邊跨(76 m跨)B-B斷面最大正彎矩;②主跨(136 m跨)E-E斷面最大正彎矩;③中跨(106 m跨)H-H斷面最大正彎矩;④中跨(76 m跨)I-I斷面最大正彎矩;⑤主跨(136 m跨)3L/4截面(D-D斷面)正彎矩;⑥邊支點(diǎn)A-A斷面最大剪力;⑦近邊跨墩頂(76 m跨與136 m跨間)C-C斷面最大負(fù)彎矩;⑧中墩頂(136 m跨與106 m跨間)F-F斷面最大負(fù)彎矩。靜載試驗(yàn)加載典型車位圖如圖2所示[6]。
圖2 工況3加載車位(典型車位圖,單位:m)
動(dòng)載試驗(yàn)采用2輛重車進(jìn)行強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)。
各工況下主梁應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.63~0.71范圍內(nèi),主梁撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.60~0.62范圍內(nèi),均滿足規(guī)范的要求[2,5,7]。偏載試驗(yàn)下,根據(jù)實(shí)測撓度計(jì)算試驗(yàn)橋偏載系數(shù)在1.02~1.06,表明實(shí)際結(jié)構(gòu)主跨的抗扭剛度大[5,8]。表1列出了控制斷面的加載效率、撓度、應(yīng)力及校驗(yàn)系數(shù)。
圖3,圖4顯示橋梁撓度縱向變化曲線線形較好,表明橋梁在試驗(yàn)加載下縱橋向變化規(guī)律正常。
圖5為數(shù)值模擬下沖擊系數(shù)隨車速的變化關(guān)系[9]。不同車速下的實(shí)測沖擊系數(shù)見表2,數(shù)值模擬不同橋面等級的沖擊系數(shù)見表3。從表2和表3可知,該橋在車速10~50 km/h時(shí)實(shí)測沖擊系數(shù)為1.018~1.088,該橋橋面等級為A級以上,屬較好狀態(tài)。
表1 控制斷面的加載效率、撓度、應(yīng)力及校驗(yàn)系數(shù)
圖3 工況3偏載下實(shí)測橋梁撓度縱向變化曲線
圖4 工況4偏載下實(shí)測橋梁撓度縱向變化曲線
圖5 數(shù)值模擬下沖擊系數(shù)隨車速的變化曲線
表2 實(shí)測沖擊系數(shù)
表3 數(shù)值模擬不同橋面等級的沖擊系數(shù)
表4為各階實(shí)測振動(dòng)頻率與理論值的對比。由表4可知,實(shí)測振動(dòng)頻率與其理論值的比值在1.15~1.31之間,說明主橋豎向整體抗彎剛度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,并有一定的安全儲備。實(shí)測各階振動(dòng)頻率的阻尼比為0.006 5~0.023 0,表明橋梁試驗(yàn)跨段無明顯重大病害出現(xiàn)[5-6]。
表4 各階實(shí)測振動(dòng)頻率與理論值對比
1)靜載試驗(yàn)結(jié)果表明:在試驗(yàn)荷載下,各試驗(yàn)跨變形平順、光滑,說明不等跨變截面連續(xù)梁在荷載作用下受力、變形協(xié)調(diào)一致。橋跨結(jié)構(gòu)偏載系數(shù)在1.02~1.06之間,表明實(shí)際結(jié)構(gòu)主梁的箱形截面抗扭能力強(qiáng)。設(shè)計(jì)時(shí)偏載系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)取值1.15偏大,目前箱形橋梁設(shè)計(jì)偏保守,建議以后類似橋梁設(shè)計(jì)時(shí)偏載系數(shù)采用試驗(yàn)值。
2)動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明:實(shí)際橋梁的整體剛度好于理論預(yù)期,結(jié)構(gòu)各階振動(dòng)屬小阻尼振動(dòng)。實(shí)測結(jié)構(gòu)的整體抗扭能力好于抗彎能力。該橋在車速10~50 km/h時(shí)實(shí)測沖擊系數(shù)為1.018~1.088,該橋橋面等級為A級以上,屬較好狀態(tài)。
[1]江西省交通工程質(zhì)量檢測中心.贛州市貢江大橋靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測報(bào)告[R].南昌:江西省交通工程質(zhì)量檢測中心,2012.
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