賈　毅，王永寶，廖　平（西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都　610031）

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金魚大橋成橋荷載試驗(yàn)研究

賈毅，王永寶，廖平
（西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031）

摘要為全面了解金魚大橋在荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)，對(duì)該大橋進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)靜動(dòng)載成橋荷載試驗(yàn)。荷載試驗(yàn)前采用通用有限元軟件進(jìn)行相應(yīng)理論計(jì)算，最后將實(shí)測(cè)結(jié)果與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。分析結(jié)果表明:該橋受力處于彈性工作狀態(tài)，承載能力滿足相關(guān)規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞荷載試驗(yàn)；連續(xù)梁橋；校驗(yàn)系數(shù)；沖擊系數(shù)

橋梁承載能力檢測(cè)的主要技術(shù)手段是對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，橋梁荷載試驗(yàn)是了解橋梁性能參數(shù)、分析其實(shí)際工作狀態(tài)、評(píng)定橋梁運(yùn)營(yíng)狀況最有效、最直接的一種手段。橋梁承載力評(píng)定包含承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，因此需要對(duì)這兩種極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析和測(cè)試。橋梁結(jié)構(gòu)承載力評(píng)定是用荷載試驗(yàn)的測(cè)試值和理論計(jì)算值（包括位移、應(yīng)力、頻率、振型）之間的關(guān)系進(jìn)行綜合判斷，因此其主要任務(wù)是結(jié)構(gòu)分析計(jì)算和結(jié)構(gòu)靜動(dòng)載試驗(yàn)。

本文結(jié)合云南省永善縣檜溪鎮(zhèn)的一座連續(xù)梁橋荷載試驗(yàn)，詳細(xì)闡述了荷載試驗(yàn)的內(nèi)容及橋梁承載力的評(píng)定。該橋上部結(jié)構(gòu)為（4×16 + 4×16）m鋼筋混凝土連續(xù)梁，采用現(xiàn)澆施工；下部結(jié)構(gòu)中，橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩，橋臺(tái)采用樁基礎(chǔ)埋置式橋臺(tái)。全橋共設(shè)3道伸縮縫。橋梁立面及檢測(cè)控制截面布置如圖1所示。

圖1　金魚大橋橋梁立面及檢測(cè)控制截面布置（單位：cm）

1　靜載試驗(yàn)

1. 1試驗(yàn)工況

靜載試驗(yàn)是通過施加試驗(yàn)荷載，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件在最大（最小）內(nèi)力狀態(tài)下的應(yīng)變和變形。加載位置一般選取結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵截面（內(nèi)力極值截面），并且需要按照內(nèi)力等效的原則確定試驗(yàn)荷載的大小和加載位置，使試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與設(shè)計(jì)荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力相等或接近，同時(shí)確保各個(gè)試驗(yàn)工況下結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

確定靜力荷載試驗(yàn)工況的荷載大小和加載位置時(shí)，靜力荷載試驗(yàn)效率ηq宜介于0. 95～1. 05之間。靜力試驗(yàn)荷載的效率按下式計(jì)算

式中：Sstat為試驗(yàn)荷載作用下檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值；S為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值（不計(jì)沖擊作用）；μ為設(shè)計(jì)取用的沖擊系數(shù)。

根據(jù)靜力荷載試驗(yàn)有關(guān)規(guī)定要求，本橋靜力荷載試驗(yàn)考慮了5種工況。工況1：第1跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）最大正彎矩（偏載）；工況2：第1跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）最大正彎矩（中載）；工況3：第2跨跨中截面（Ⅲ-Ⅲ截面）最大正彎矩（偏載）；工況4：第2跨跨中截面（Ⅲ-Ⅲ截面）最大正彎矩（中載）；工況5：第1#墩支點(diǎn)截面（Ⅱ-Ⅱ截面）最大剪力。截面位置參見圖1。

經(jīng)計(jì)算，本次靜載試驗(yàn)共需總軸重30 t的加載車2臺(tái)，各工況下荷載效率系數(shù)見表1。由表1可知，0. 95＜ηq＜1. 05，符合規(guī)范要求。

表1　各工況荷載效率系數(shù)

1. 2靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1. 2. 1撓度測(cè)試

采用高精度電子水準(zhǔn)儀對(duì)試驗(yàn)跨L/4，L/2，3L/4截面的撓度進(jìn)行觀測(cè)，工況2，4，5橋面左側(cè)、橋面軸線、橋面右側(cè)的撓度變化曲線見圖2。

圖2　橋面撓度觀測(cè)值

1. 2. 2應(yīng)變測(cè)試

采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀對(duì)試驗(yàn)跨跨中截面和支點(diǎn)截面的應(yīng)變進(jìn)行了測(cè)試，工況2，4，5板梁應(yīng)變理論值與實(shí)測(cè)值對(duì)比見圖3。圖中A1，A5測(cè)點(diǎn)位于梁底邊緣，A3位于梁底中心，A2，A4位于梁底1 /4等分點(diǎn)。

圖3　梁底應(yīng)變觀測(cè)值

1. 3靜載試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定

試驗(yàn)跨在靜載各工況下的應(yīng)變、位移測(cè)試結(jié)果表明，橋梁在設(shè)計(jì)荷載下處于彈性工作階段。撓度校驗(yàn)系數(shù)在0. 67～0. 86，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0. 68～0. 90，實(shí)測(cè)最大位移為3. 3 mm（＜L/600 = 26. 7 mm），說明橋梁結(jié)構(gòu)、材料滿足設(shè)計(jì)要求，整體工作性能良好。

2　動(dòng)載試驗(yàn)

2. 1自振特性測(cè)試

經(jīng)數(shù)據(jù)分析處理后得到結(jié)構(gòu)自振基本頻率測(cè)試值與理論計(jì)算值，見表2。

表2　固有頻率、阻尼測(cè)試值

2. 2無障礙行車試驗(yàn)

無障礙行車試驗(yàn)用于測(cè)試橋面鋪裝層完好時(shí)，運(yùn)行車輛荷載作用下橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，模擬正常行駛狀態(tài)。用30 t貨車1輛，分別以10，20，30 km/h的速度通過橋梁，量測(cè)橋梁的動(dòng)應(yīng)變響應(yīng)。測(cè)點(diǎn)布置方式、位置與靜態(tài)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)相同。動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試采用DH5908動(dòng)態(tài)信號(hào)采集測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

2. 3有障礙行車試驗(yàn)

有障礙行車試驗(yàn)?zāi)M橋面鋪裝局部損傷情況下，橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車輛荷載作用下的動(dòng)應(yīng)變反應(yīng)。模擬跳車的障礙高度約為10 cm，用1輛30 t自卸式貨車，以10 km/h的速度通過橋梁，測(cè)試并計(jì)算橋梁的實(shí)際沖擊系數(shù)。測(cè)點(diǎn)布置方式、位置與無障礙行車試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置相同。

2. 4動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

車速10 km/h均勻來回2次跑車時(shí)最大動(dòng)應(yīng)變?yōu)?0. 59×10- 6，車速20 km/h均勻來回2次跑車時(shí)最大動(dòng)應(yīng)變?yōu)?1. 34×10- 6，車速30 km/h均勻來回2次跑車時(shí)最大動(dòng)應(yīng)變?yōu)?2. 91×10- 6，車速10 km/h跳車時(shí)最大動(dòng)應(yīng)變?yōu)?4. 26×10- 6，A3的靜應(yīng)變實(shí)測(cè)平均值為54×10- 6，各級(jí)車速下該橋的沖擊系數(shù)見表3。

表3　試驗(yàn)跨沖擊系數(shù)（1 +μ）的測(cè)試值

3　結(jié)論

1）金魚大橋靜動(dòng)荷載試驗(yàn)表明，該橋梁使用性能良好，處于彈性工作狀態(tài)，橋跨結(jié)構(gòu)剛度及強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，各控制截面的實(shí)測(cè)應(yīng)變值及撓度值均小于理論值，說明該橋具有一定的安全儲(chǔ)備。

2）試驗(yàn)跨動(dòng)力測(cè)試結(jié)果顯示，其第一階豎向自振頻率為5. 47 Hz、阻尼比為0. 025、沖擊系數(shù)為1. 122～1. 190，測(cè)試模態(tài)與理論模態(tài)吻合較好，說明橋梁結(jié)構(gòu)的剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

3）試驗(yàn)車輛按設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行等效布載，各靜、動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明該試驗(yàn)跨具有較好的承載能力，在試驗(yàn)荷載作用下處于安全狀態(tài)，達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。

4）建議按橋梁設(shè)計(jì)荷載要求限重55 t，限速20 km/h，3年后進(jìn)行復(fù)檢。

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（責(zé)任審編孟慶伶）

Research on Completed Jinyu Bridge Load Test

JIA Yi，WANG Yongbao，LIAO Ping
（School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

AbstractField load tests were carried out on completed Jinyu Bridge to know its working state under loads. Both static and dynamic response were studied. T he test results were compared with the finite element analysis. T he results show that the bridge response is elastic and its bearing capacity satisfies the requirements of relevant code.

Key wordsLoad test；Continuous girder bridge；Calibration coefficient；Impact factor

中圖分類號(hào)U446. 1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 09

文章編號(hào)：1003-1995（2016）06-0033-03

收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-02-20

作者簡(jiǎn)介：賈毅（1988—），男，博士研究生。