胡幫義，許 波，袁向榮

(1.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院;2.中交四航局第二工程有限公司)

近年來，我國的城市發(fā)展迅速，人口日益密集，人車爭道的問題十分嚴(yán)重，交通擁堵也是時常出現(xiàn)的問題，為了方便市民安全出行，減少城市道路的擁堵，各大城市陸續(xù)興建了大量人行天橋。混凝土連續(xù)小箱梁是一種較常采用的結(jié)構(gòu)形式，然而隨著橋梁逐步投入運(yùn)營，橋梁結(jié)構(gòu)不可避免的會出現(xiàn)鋪裝破損、欄桿破壞，箱梁銹脹露筋、破損開裂等病害，為了保證橋梁運(yùn)營的安全，保障橋下車輛通行安全和行人生命安全，對橋梁的承載能力進(jìn)行檢測評估是必要的。以東莞市東城區(qū)莞長路牛山段老圍人行天橋為工程背景，采用Midas Civil 有限元軟件對該人行天橋進(jìn)行了靜動力分析，制定了靜動載試驗方案，然后在橋梁現(xiàn)場實施了靜動載試驗，根據(jù)理論計算和試驗檢測結(jié)果的對比分析，依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21－2011)(以下簡稱《評定規(guī)程》)的規(guī)定，將該橋技術(shù)狀況等級被評定為B 級(良好)，滿足承載能力的要求。

1 工程概況

東莞市東城區(qū)莞長路牛山段老圍人行天橋由主橋和4 個梯道組成，主橋長49 m，為2 ×23 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，寬4 m，橫向布置為:0.2 m(欄桿)+3.6 m(人行道)+0.2 m(欄桿)。上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)小箱梁，箱梁高1.45 m，底板寬1.2 m;下部結(jié)構(gòu)2#墩采用獨(dú)柱式矩形墩，墩梁固結(jié)，1#及3#墩為雙柱式圓形墩;橋面鋪設(shè)廣場磚;單個梯道長約25 m，寬3 m，梯道采用鋼筋混凝土箱梁，獨(dú)柱式圓形墩。結(jié)構(gòu)立面、平面及橫截面分別如圖1 所示。

圖1 橫截面圖(單位:cm)

2 靜力分析及靜載試驗

2.1 靜力分析

(1)有限元模型采用Midas Civil 軟件建立了該橋的有限元計算模型，按單梁模型計算，共建立了57 個節(jié)點(diǎn)和55 個梁單元，2#墩底部固接，主梁一端約束x，y，z 方向的位移，另一端只約束y，z方向的位移。

(2)活載內(nèi)力計算

活載考慮4.0 kN/m2的人群荷載，利用動態(tài)規(guī)劃加載法計算出控制截面的彎矩包絡(luò)值，如表1 所示，繪出活載彎矩包絡(luò)圖如圖2 所示。

表1 主梁活載控制截面彎矩包絡(luò)值匯總表(kN·m)

圖2 主梁活載控制斷面彎矩包絡(luò)圖

2.2 靜載試驗

(1)加載程序

為了獲得結(jié)構(gòu)試驗荷載與響應(yīng)之間的關(guān)系和防止結(jié)構(gòu)意外損傷，加載方式采用逐級加載。根據(jù)荷載等效的原則確定試驗荷載大小和加載位置。本試驗采用混凝土塊加載，一個混凝土塊重約30 kN，底面尺寸為1 ×2 m，共需6 個，通過工況1～3，使試驗跨跨中截面正彎矩達(dá)到加載效率。各工況加載載位如圖3 所示。

圖3 各工況加載載位圖(單位:cm)

(2)加載效率

本次試驗為鑒定荷載試驗，根據(jù)《評定規(guī)程》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 取值宜介于0.95～1.05 之間，對應(yīng)各試驗工況，工況1 下η 為0.394，工況2 下η 為0.716，工況3 下η 為0.989，檢測橋跨跨中截面最大加載效率計算值為0.989，加載效率符合《評定規(guī)程》的要求。

(3)變形測點(diǎn)及計算撓度值

在試驗跨支點(diǎn)、四分點(diǎn)、跨中和鄰跨支點(diǎn)和跨中等處共布置7 個撓度測點(diǎn)，如圖4 所示。測點(diǎn)采用長2 cm 特制螺栓固定在橋面鋪裝層上，豎向變形測量采用二等變形要求控制，每站高差中誤差要求為±0.13 mm，采用NA2/GPM3 型精密水準(zhǔn)儀，后視點(diǎn)設(shè)置在測試橋跨外。

圖4 撓度測點(diǎn)布置圖(單位:cm)

各測點(diǎn)撓度計算值如表2 所示，撓度以向下為負(fù)。

表2 試驗荷載各撓度測點(diǎn)計算結(jié)果(mm)

(4)應(yīng)變測點(diǎn)及計算應(yīng)變值

在試驗橋跨跨中截面設(shè)置3 個應(yīng)變測點(diǎn)，采用基康鋼弦應(yīng)變計，測量各級荷載下的應(yīng)變及卸載后殘余應(yīng)變。應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖，如圖5 所示。

圖5 應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖(單位:cm)

各測點(diǎn)應(yīng)變計算值如表3 所示，應(yīng)變以拉為正。

表3 試驗荷載作用下檢測跨測點(diǎn)計算應(yīng)變值(με)

(5)試驗結(jié)果及分析評定

①撓度測試結(jié)果

試驗荷載作用下各撓度測點(diǎn)實測結(jié)果如表4 所示，實測值和計算值比較如表5 所示，由表5 可知，主要測點(diǎn)的撓度校驗系數(shù)ζ 均小于1，能夠滿足《評定規(guī)程》關(guān)于校驗系數(shù)的要求。

表4 試驗荷載作用下各撓度測點(diǎn)實測結(jié)果(mm)

表5 撓度測點(diǎn)實測值和計算值比較(mm)

②應(yīng)力(應(yīng)變)測試結(jié)果

試驗荷載作用下各應(yīng)變測點(diǎn)實測結(jié)果如表6 所示，實測值和計算值比較如表7 所示，由表7 可知，跨中截面主要測點(diǎn)(Y1#～Y3#)的應(yīng)變校驗系數(shù)ζ 均小于1，能夠滿足《評定規(guī)程》關(guān)于校驗系數(shù)的要求。

表6 試驗荷載作用下各測點(diǎn)應(yīng)變實測結(jié)果(με)

表7 應(yīng)變測點(diǎn)實測值和計算值比較(με)

在工況1～3 下，檢測跨跨中實測應(yīng)變與荷載加載效率關(guān)系曲線如圖6 所示，線性相關(guān)系數(shù)R 為0.931，表明應(yīng)變與荷載之間成良好的線性關(guān)系。

圖6 工況1～3 實測應(yīng)變與加載效率關(guān)系曲線

③殘余變形和應(yīng)變

試驗結(jié)束前進(jìn)行了殘余變形和殘余應(yīng)變觀測，殘余變形和應(yīng)變分別如表8、表9 所示，主要測點(diǎn)的相對殘余變形及相對殘余應(yīng)變均未超過20%，滿足《評定規(guī)程》的要求，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

表8 主要測點(diǎn)殘余變形(mm)

表9 主要測點(diǎn)殘余應(yīng)變(με)

(6)靜載試驗小結(jié)

該橋檢測跨靜力工作性能良好，各項試驗檢測指標(biāo)均能滿足《評定規(guī)程》的要求，在試驗過程中未見肉眼可見的裂縫出現(xiàn)，試驗橋跨的橋墩未產(chǎn)生可觀測到的沉降變位。橋梁的承載能力和正常使用性能均能滿足設(shè)計荷載等級的要求。

3 動力分析及動載試驗

3.1 動力分析

采用如圖2 所示的有限元計算模型，按特征值分析方法，計算得一階頻率4.83 Hz，二階頻率7.40 Hz，三階頻率18.05 Hz，前3 階振型。

3.2 動載試驗

動載試驗采用北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所研制的DASP 動態(tài)測試與分析系統(tǒng)進(jìn)行。測試項目有自振特性和受迫振動特性，自振特性測試采用地脈動為激振源，受迫振動測試采用重60 kg 的沙袋從離橋面1.5 m 高處落下沖擊的方式為激振源。在試驗跨中和四分點(diǎn)各布置1 個動測測點(diǎn)，共2 個動測測點(diǎn)。

3.3 動載試驗結(jié)果

動載試驗結(jié)果如表10 所示。

表10 動載試驗測試結(jié)果

3.4 動載試驗小結(jié)

動測數(shù)據(jù)表明該橋的一階自振頻率為5.37 Hz，阻尼比為1.3952%，對應(yīng)的理論計算一階頻率為4.83 Hz。實測頻率大于理論計算值，且大于3 Hz，表明該橋的實際剛度較大，振動響應(yīng)較小，動力性能較好。

4 檢測評估結(jié)論

通過對該橋靜動力計算分析及試驗檢測，表明:該橋靜力工作性能良好，振動響應(yīng)較小，動力性能較好，各項試驗檢測指標(biāo)均能夠滿足《評定規(guī)程》的要求，橋梁的承載能力和正常使用性能均能滿足設(shè)計荷載等級的要求，且具備一定的安全儲備，評定該橋技術(shù)狀況等級為B 級(良好)。

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