■莊清金

(福建省交通規(guī)劃設計院，福州　350004)

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多跨連續(xù)箱梁靜動載試驗分析研究

■莊清金

(福建省交通規(guī)劃設計院，福州350004)

摘要橋梁靜動載試驗是評定橋梁現(xiàn)有技術狀態(tài)是否滿足設計要求的最直接方法。本文以一座多跨等截面連續(xù)箱梁為工程背景，進行連續(xù)箱梁的靜動載試驗研究與分析。測試結果表明，等效試驗荷載作用下，箱梁結構典型截面應變及撓度的校驗系數(shù)及殘余變形等均滿足“規(guī)范”要求；測試基頻與計算值吻合；實測沖擊系數(shù)遠小于“規(guī)范”計算值；加速度值遠小于人體舒適限值0.065g。箱梁結構表現(xiàn)了良好受力性能。

關鍵詞靜動載箱梁動力應變撓度試驗與研究

箱梁結構由于抗彎與抗扭性能優(yōu)越以及施工方便等原因而得以推廣應用[1]。目前進行橋梁結構靜動載試驗是評定橋梁現(xiàn)有技術狀況的最直接方式。通過現(xiàn)場靜動載試驗以及對試驗觀測數(shù)據和試驗現(xiàn)象的綜合分析，對實際結構承載能力作出總體評價，為竣工驗收提供技術依據。也可以通過荷載試驗建立橋梁“指紋”檔案，為該橋梁后期的養(yǎng)護管理提供依據[2]。本文以一座連續(xù)箱梁橋為工程案例，介紹靜動載試驗過程，測試分析結果可為同類型橋梁設計與管理提供參考。

1　工程背景

某大橋為4×32.5m多跨連續(xù)箱梁橋，總體布置如圖1所示。主梁梁高為2m，高跨比為1:16，箱梁頂板厚25cm，底板厚25cm，懸臂端部厚18cm，懸臂根部厚45cm，路線中心線側懸臂長為99cm，外側懸臂長為200cm。腹板由50cm漸變?yōu)?5cm，頂?shù)装迮c腹板漸變?yōu)?5cm。箱梁橫截面為單箱雙室直腹板，箱梁頂板寬度為12.99m，底寬為10m，箱梁梁體兩翼板懸臂長度為2m(0.99m)。箱梁底板水平，通過蓋梁左右兩邊的高差，實現(xiàn)頂板單向橫坡。箱梁跨中橫斷面如圖2所示。箱梁橋縱向預應力釆用Φs15.2mm鋼絞線，塑料波紋管成孔，橫向采用普通鋼筋。

2　靜載試驗

2.1荷載工況

表1　靜載測試工況(彎矩單位：kN·m)

2.2計算模型

采用MIDAS/Civil建立有限元模型，如圖4。主梁采用三維梁單元進行模擬，支座采用彈性連接進行模擬。橋面系主要由橋面縱梁和橋面鋪裝層組成，橋面系主要對結構提供質量貢獻，豎向剛度貢獻較小，全橋共87個節(jié)點，81個單元。計算中結構材料特性根據設計資料及現(xiàn)場檢測結果確定。

2.3應變測試

圖5所示，應變測試選擇4個控制截面，每個截面布設5～7個應變測點。限于篇幅，表2僅列出了工況3與工況4的測試結果。可見，在試驗荷載作用下跨中測試斷面應變校驗系數(shù)在0.68～0.78之間，墩頂測試斷面應變校驗系數(shù)在0.60～0.79之間，均符合《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)規(guī)定的不大于1.00的限值要求。同時卸載后各測試截面應變基本可恢復，最大相對殘余應變?yōu)?0.00％，低于“規(guī)程”(JTG/T J21-2011)規(guī)定的20.00％的限值要求。

表2　測點應變實測值與理論值的比較

2.4撓度測試

圖6～圖7僅列出了工況3、工況4試驗荷載作用下上、下游橋面撓度的理論值與實測值縱向分布情況，其中撓度以向下為正，向上為負?？梢?，在試驗荷載作用下橋面撓度實測值與理論計算值變化規(guī)律基本一致，橋面測試斷面撓度校驗系數(shù)在0.52～0.78之間，均符合“規(guī)程”(JTG/T J21-2011)規(guī)定的不大于1.00的限值要求。最大相對殘余變位為12.90％，也低于“規(guī)程”(JTG/T J21-2011)規(guī)定的20.00％的限值要求。

3　動載試驗

3.1自振頻率

根據橋梁面內自振特性測點，通過L/2或L/4處布設豎向加速度傳感器，以觀測橋梁自振特性，全橋布置共布置7個測點。將實測的加速度信號經過實驗模態(tài)分析可得：橋梁實測面內一階自振頻率為3.81Hz，大于理論計算值3.26Hz，實測振型與理論計算振型一致。頻譜圖及第一階振型如圖8所示。

3.2沖擊系數(shù)

橋梁動應變時程曲線進行時域分析后，得出不同車速下對橋梁的沖擊系數(shù)列于表3?？芍谡Ｐ熊嚽闆r下，車輛對橋梁主梁的沖擊系數(shù)根據動載效率系數(shù)換算為標準荷載作用下的沖擊系數(shù)最大值為μ=0.03，小于《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)規(guī)定的設計計算取值μ=0.1767×ln3.81-0.0157=0.22。因此，“規(guī)范”基于矩形板測試結果的回歸計算公式用于箱梁橋的沖擊系數(shù)計算偏于保守。

表3　實測沖擊系數(shù)　應變單位(×10-6)

3.3加速度響應

橋梁橋面跨中位置在各工況跑車試驗下的加速度幅值列于表4，加速度時程曲線示于圖9。最大加速度響應出現(xiàn)在40km/h跑車時，橋面加速度響應值為0.009g，遠小于引起人體不適的限值0.065g?？梢娤淞航Y構具有良好的動力性能。

表4　橋面各工況下跑車試驗的加速度幅值

4　結論

連續(xù)箱梁靜動載試驗結果表明，應變與撓度試驗校驗系數(shù)均滿足規(guī)范小于1.0的要求；實測一階面內振型與理論計算吻合，測試基頻3.81Hz，略大于計算值3.26；實測沖擊系數(shù)0.03，遠小于“規(guī)范”計算值0.22，可見“規(guī)范”取值的保守性。箱梁橋表現(xiàn)出良好的工作性能，滿足設計承載的要求。

參考文獻

[1]范立礎.橋梁工程(第二版).北京：人民交通出版社,2012.

[2]張立敏，曹巖.某變截面連續(xù)箱梁橋段靜動載試驗分析.西南公路, 2013.3.

[3]JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.