李捷熙

（廣州市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東廣州 510378）

陳村特大橋荷載試驗(yàn)測(cè)試分析

李捷熙

（廣州市交通工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東廣州 510378）

結(jié)合廣明（廣州市番禺區(qū)—佛山市高明區(qū)）高速公路陳村特大橋的荷載試驗(yàn)，測(cè)量并分析了荷載作用下控制截面（控制點(diǎn)）的主梁撓度、應(yīng)變和主塔偏位等，通過各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的比較分析，論證該橋在力學(xué)性能上滿足設(shè)計(jì)要求。

橋梁；矮塔斜拉橋；荷載試驗(yàn)；測(cè)試分析

矮塔斜拉橋是介于連續(xù)梁和斜拉橋之間的一種新型橋梁，近年來(lái)在廣東地區(qū)的運(yùn)用越來(lái)越廣，它以梁的受彎、受壓和索的受拉來(lái)承受豎向荷載，具有受力性能好、跨徑布置靈活、施工難度較低等優(yōu)勢(shì)。廣明（廣州市番禺區(qū)—佛山市高明區(qū)）高速公路陳村特大橋是廣州地區(qū)近年通車的公路橋梁中矮塔斜拉橋的典型代表，為科學(xué)地檢驗(yàn)該新型橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和整體性能，評(píng)定其施工質(zhì)量，也為公路橋梁監(jiān)督檢測(cè)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行靜動(dòng)載試驗(yàn)。

1　工程概況

陳村特大橋是廣明高速公路的控制性工程，其跨徑在廣州地區(qū)的矮塔斜拉橋中名列前茅。該橋位于廣州市番禺區(qū)鐘村鎮(zhèn)至佛山市順德區(qū)陳村鎮(zhèn)一帶，上跨陳村水道。主橋?yàn)椋?20+218+120）m跨塔梁墩固結(jié)體系預(yù)應(yīng)力砼矮塔斜拉橋，橋?qū)?6m，橋型布置見圖1。

圖1　陳村特大橋主橋橋型布置及截面位置示意圖（單位：cm）

主梁截面形式為變高度、斜腹板單箱三室寬幅式脊骨梁截面，兩側(cè)懸臂翼緣板寬7.123m，塔梁固結(jié)處主梁根部中心梁高H根=6.5m，跨中及邊跨現(xiàn)澆段中心梁高H中=3.5m，梁高按1.8次拋物線變化。箱梁采用C60砼，主塔和主墩墩身采用C50砼。主塔采用獨(dú)柱式鋼筋砼矩形截面，塔高31.8 m，塔身截面縱橋向?qū)挾葹?m，在距塔根部11.2m處由5m線性變寬至塔根部6.6m，橫橋向保持2.5m等寬。斜拉索采用68對(duì)環(huán)氧噴涂鋼絞線索，設(shè)置為單索面（雙排索），布置在主梁的中央分隔帶處。橋梁按雙向六車道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。為了評(píng)估該橋的使用性能和承載能力，于2015年2月6—8日對(duì)其進(jìn)行成橋靜動(dòng)載試驗(yàn)，試驗(yàn)主要控制指標(biāo)見表1。

表1　試驗(yàn)工況設(shè)置

2　靜載試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)工況與控制截面

靜載試驗(yàn)的主要測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試斷面（測(cè)試點(diǎn)）及加載方式見表1，其中17#～18#跨跨中處主梁A -A截面為活載最大豎向位移、中跨主梁最大正彎矩的控制截面。各截面的位置見圖1。經(jīng)方案優(yōu)化，靜載試驗(yàn)合并為2種工況進(jìn)行。

2.2荷載效率

根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》（簡(jiǎn)稱《試驗(yàn)方法》）的相關(guān)要求，結(jié)合該橋的實(shí)際情況，靜載試驗(yàn)荷載主要控制截面（即A-A、B-B和D-D截面）的試驗(yàn)內(nèi)力與設(shè)計(jì)控制內(nèi)力的比值控制在0.8～1.0，各工況下的荷載效率為0.85～0.96（見表2），均滿足規(guī)范要求。

表2　試驗(yàn)彎矩和試驗(yàn)荷載效率系數(shù)

2.3測(cè)點(diǎn)布置

主梁撓度測(cè)點(diǎn)沿橋面兩側(cè)布置，同時(shí)在試驗(yàn)橋跨兩端無(wú)外力干擾的橋面上各布置1個(gè)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)的分布見圖2。采用精密電子水準(zhǔn)儀對(duì)梁體在各級(jí)荷載作用下的撓度變化進(jìn)行觀測(cè)。

A-A、B-B、D-D截面的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)均采用沿截面高度布置的方式，其中A-A截面測(cè)點(diǎn)布置見圖3。工況1下主塔最大縱向變形測(cè)點(diǎn)布置在17#主塔塔頂。

圖2　撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：m）

圖3　A-A截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.4試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果見表3。試驗(yàn)工況下位移指標(biāo)的校驗(yàn)系數(shù)均滿足《試驗(yàn)方法》的相關(guān)要求，而應(yīng)變指標(biāo)的校驗(yàn)系數(shù)均低于《試驗(yàn)方法》所要求的常值范圍0.7～1.05。量測(cè)主梁的最大撓度，為84.49mm，未超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的L/500容許值。試驗(yàn)工況下各項(xiàng)位移及應(yīng)變指標(biāo)的殘余變形系數(shù)均小于0.2，滿足《試驗(yàn)方法》的要求。

表3　靜載試驗(yàn)結(jié)果

3　動(dòng)載試驗(yàn)

3.1模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析

橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（如固有頻率、振型、阻尼比等）只與結(jié)構(gòu)本身的固有性質(zhì)有關(guān)，而與荷載等其他條件無(wú)關(guān)。橋梁結(jié)構(gòu)在大地脈動(dòng)和周圍環(huán)境的各種擾動(dòng)下會(huì)發(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)，模態(tài)試驗(yàn)通過在橋梁結(jié)構(gòu)上布置適當(dāng)數(shù)量的加速度傳感器（豎向、橫向、縱向）拾取結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵(lì)下產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)采樣、信號(hào)放大、分析計(jì)算、數(shù)據(jù)擬合等，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)力特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗彎剛度的評(píng)定。該橋模態(tài)試驗(yàn)采用東華DH5922動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果采用峰值拾取法進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。圖4～5為一階模態(tài)的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比。

表4　結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)實(shí)測(cè)值與理論值

圖4　一階理論計(jì)算振型和頻率（f=0.53Hz）

圖5　一階實(shí)測(cè)振型和頻率（f=0.55Hz，η=0.81%）

由表4可知：結(jié)構(gòu)前二階豎彎模態(tài)實(shí)測(cè)頻率均比理論值高，阻尼比分別為0.81%、0.75%，相對(duì)較小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的整體剛度滿足設(shè)計(jì)要求，且在小振幅范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的阻尼比較低。以上測(cè)試結(jié)果表明橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2行車試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析

結(jié)合該橋特點(diǎn)，采用動(dòng)應(yīng)變法測(cè)量橋梁動(dòng)力系數(shù)。其中無(wú)障礙行車試驗(yàn)利用2臺(tái)載重汽車（重約400kN）在橋面上并列行駛，以10～40km/h的速度通過A-A截面所在的動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)。有障礙行車試驗(yàn)是將高7cm的弓形板作為障礙物放置在A-A截面所在橋面上，模擬橋面的不平整狀態(tài)，利用2臺(tái)載重汽車（重約400kN）在橋面上并列行駛，以10～40 km/h的速度通過A-A截面所在的動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時(shí)在行車荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)。測(cè)試結(jié)果見表5。

表5　動(dòng)載試驗(yàn)動(dòng)力系數(shù)測(cè)試結(jié)果

從表5可以看出：在同一車速下，有障礙行車試驗(yàn)所得動(dòng)力系數(shù)比無(wú)障礙行車的大得多，說(shuō)明汽車在平整度較差的橋面通過對(duì)結(jié)構(gòu)較為不利，在橋梁運(yùn)營(yíng)中保持橋面平整順暢十分必要。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在試驗(yàn)荷載作用下，陳村特大橋各項(xiàng)主要力學(xué)控制指標(biāo)均基本滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，表明該橋滿足設(shè)計(jì)荷載公路-Ⅰ級(jí)的要求。荷載試驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)為矮塔斜拉橋這種新型橋梁的結(jié)構(gòu)性能評(píng)定、施工質(zhì)量檢驗(yàn)提供了科學(xué)依據(jù)，也為施工和運(yùn)營(yíng)期間墩塔梁固結(jié)處等重要部位的監(jiān)控積累了技術(shù)數(shù)據(jù)。

［1］ 魏朝柱.矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)特點(diǎn)［J］.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，10（3）.

［2］ 羅秀鋒.大跨度斜拉橋靜動(dòng)載試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)評(píng)定［J］.廣東公路交通，2015（4）.

［3］ 郭明泉，朱英朝，林熠鈿.南澳大橋靜動(dòng)力特性測(cè)試及分析評(píng)定［J］.廣東公路交通，2015（4）.

［4］ 交通部公路科學(xué)研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法［R］.北京：交通部公路科學(xué)研究所，1982.

［5］ JTG/TD65-01-2007，公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則［S］.

［6］ 劉志峰.國(guó)道325九江修復(fù)橋組合梁斜拉橋施工技術(shù)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［7］ 黃利，曾志威.某三跨變截面連續(xù)箱梁橋荷載試驗(yàn)分析［J］.公路與汽運(yùn)，2015（4）.

［8］ 龍志剛.淺談連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)［J］.黑龍江交通科技，2015（4）.

［9］ 姜立輝.某矮塔斜拉橋的荷載試驗(yàn)分析［J］.交通世界：建養(yǎng).機(jī)械，2012（9）.

［10］ 李強(qiáng)，孔祥勇，吳國(guó)帆.雙塔雙索面矮塔斜拉橋靜載試驗(yàn)分析［J］.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（11）.

［11］ 蘇龍，何飛，姚偉.六沖河特大橋荷載試驗(yàn)分析研究［J］.交通科技，2013（6）.

［12］ 孫樹利.京滬高速子牙新河特大橋加固前后荷載試驗(yàn)測(cè)試分析［J］.交通世界：建養(yǎng).機(jī)械，2010（10）.

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