伍成忱

摘 要：本文針對某空心板簡支梁橋利用MIDAS進行理論建模和分析，并進行了靜載試驗和動載試驗檢測，并利用橋梁計算軟件MIDAS進行理論建模和分析。通過理論計算和荷載試驗，對該橋的健康狀況作出了評價，為該橋的正常運營提供了可靠的試驗數(shù)據(jù)。

關鍵詞：空心板；簡支梁橋；荷載試驗

1 引言

對橋梁使用安全的重視，可以有效地防止橋梁事故的發(fā)生。當橋梁出現(xiàn)病害時，應采取有效的措施進行處理。本文以某出現(xiàn)病害的橋梁為研究對象，針對該橋可能存在絞縫完全破壞的情況設計荷載試驗，結(jié)合理論計算與現(xiàn)場調(diào)查對該橋進行結(jié)構(gòu)安全評估，并提出有效的養(yǎng)護建議，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運營。

1工程概況

1.1橋梁概況

改橋上部結(jié)構(gòu)采用1×10m斜交鋼筋混凝土空心板，斜交角20°。單幅橋梁共采用12塊空心板，橋面寬12.5m，車道設計為單向三車道。空心板采用30號鋼筋混凝土。空心板梁高52cm，邊板底板寬0.99m，翼緣板寬0.25m，中板底板寬0.99m，橋臺采用重力式橋臺。該橋于2004年建成通車。設計荷載為汽車-超20級，掛車-120，實際運營荷載為城市-A級。

該橋空心板的橫向連接采用的是小鉸縫形式。選取了8#～9#板、2#～3#板間跨中位置處鉸縫進行開槽核實。從實測情況來看，兩處鉸縫均設有直徑為10mm、間距為20cm的預埋鋼筋，8#～9#板間鉸縫寬8.9cm，2#～3#板間鉸縫寬9.0cm，均為小鉸形式，這與設計圖紙是吻合的。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝存在多條縱向貫通裂縫，2#板～9#板間鉸縫位置處最為明顯；空心板間存在多處鉸縫脫落，且鉸縫間滲水泛堿嚴重，導致橋梁正下方路面長時間泥濘；超重車過橋時，空心板下?lián)戏容^大，梁體出現(xiàn)非正常的振動，與2#板～9#板間鉸縫位置處橋面鋪裝出現(xiàn)縱向貫通裂縫這一現(xiàn)象相對映。

2 荷載布置及荷載試驗

2.1 理論計算

利用MIDAS有限元分析軟件，將橋梁橫向劃分為12片空心板，縱向劃分為1m網(wǎng)格，整個模型梁單元120個，節(jié)點132個，建立有限元模型。針對2#、3#空心板絞縫破損嚴重，選取偏載工況下對2#、3#板最不利狀態(tài)進行試驗。對該橋進行特征值計算，通過有限元分析，該簡支空心板橋的第1階頻率為：f1=10.22Hz。

2.2靜載試驗

通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下各控制截面的應力及結(jié)構(gòu)變形，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)與理論計算值是否有較大差異。靜力加載時各梁跨中界面下緣應變橫橋向分布數(shù)據(jù)見圖1。

在試驗荷載作用下，該橋測試截面應變校驗系數(shù)為0.54～0.91，實測應力值均小于理論計算值，3#～8#空心板測點應變荷載效率在0.80～0.91之間，與其它板先比明顯偏大，卸載完畢后，測試截面最大相對殘余為10.53%。測試結(jié)果表明該試驗橋跨結(jié)構(gòu)強度滿足設計荷載要求，但橋梁整體工作性能較差。

根據(jù)實測撓度數(shù)據(jù)與理論模型計算數(shù)據(jù)對比，計算各撓度測點的校驗系數(shù)。靜力加載時各撓度測點見表1。

在試驗荷載作用下，該橋測試截面撓度校驗系數(shù)為0.66～1.02， F2、F3測點撓度校驗系數(shù)在1.01～1.02范圍內(nèi)，兩測點校驗系數(shù)均已經(jīng)超過1.0，卸載完畢后，測試截面最大相對殘余變形為16.53%。測試結(jié)果表明該試驗橋跨工作性能較差，試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度不滿足設計荷載要求。

2.3動載試驗

動力荷載試驗的目的在于研究橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能，該性能是判斷橋梁運營狀況和承載能力的重要指標之一。利用動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)采集脈動狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應。橋梁動力特性檢測，包括固有頻率、阻尼比；橋梁測試截面動力響應檢測，包括動應變、振動加速度、沖擊效應。

試驗橋跨實測一階豎向自振頻率為10.510Hz，理論自振頻率為10.221Hz，實測值大于理論值，比值為1.028，表明試驗橋梁結(jié)構(gòu)實際剛度大于理論剛度。

跑車試驗采用1#加載車居中勻速通過橋梁對結(jié)構(gòu)進行激勵，跑車速度為20km/h～50km/h，跑車均為橋面無障礙試驗。剎車試驗采用1#加載車居中勻速行駛（40km/h），在測試截面緊急制動。跑車和剎車試驗動力響應實測結(jié)果見表2。

20km/h、30km/h、40km/h、50km/h單車跑車試驗、40km/h剎車試驗，測試截面實測振動加速度為0.068m/s2～0.124m/s2，測試截面的實測振動加速度較小。實測應變增大系數(shù)在1.102～1.381之間，測試截面的沖擊效應隨車速的增加而增大，動態(tài)增量較明顯，沖擊較大。加載車在測試截面緊急制動，測試截面的動應變以及振動加速度響應正常，剎車后橋梁的豎向振動能量消耗較慢，振動較慢地趨于平穩(wěn)。

綜上所述：該橋?qū)崪y豎向自振頻率大于理論值，橋梁實際剛度大于理論剛度，汽車荷載對橋梁的沖擊效應與規(guī)范建議值接近，實測動應變幅值較大。試驗橋跨結(jié)構(gòu)動力性能正常，基本滿足橋梁正常使用的要求。

3 結(jié)論

根據(jù)理論分析和現(xiàn)場調(diào)查、荷載試驗結(jié)果，對該橋綜合評定得出以下結(jié)論：

（1）通過理論分析，考慮橋梁單板受力狀態(tài)，該橋主體結(jié)構(gòu)當前承載能力不滿足“城-A級”荷載等級的要求；

（2）通過對該橋的現(xiàn)場檢測調(diào)查，該橋整體技術狀況等級為D級為不合格狀態(tài)，應立即進行中修或大修工程；

（3）通過該橋現(xiàn)場荷載試驗評估該橋安全等級評定為“不合格等級”：橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷，影響橋梁安全，建議立即對右幅橋進行大修，對左幅橋進行耐久性加固處治。