劉樂平

廣東華路交通科技有限公司

北江大橋主橋靜動載試驗(yàn)分析

劉樂平

廣東華路交通科技有限公司

0 引言

隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，公路橋梁的建設(shè)步伐也在加速，保證新建橋梁的工程質(zhì)量，合理評價橋梁的使用性能尤為重要，而評價橋梁的承載能力、使用性能最有效、最直接的辦法就是橋梁荷載試驗(yàn)，而且也能對新建橋梁進(jìn)行竣工驗(yàn)收[4]。本文通過對北江特大橋主橋的靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)，對相關(guān)的試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，以評價橋梁的承載能力和工作性能，為竣工驗(yàn)收提供依據(jù)。

1 橋梁概述

北江大橋?yàn)橹榻侵蕲h(huán)線高速公路黃崗至花山段上的一座特大橋，橋長4182.56m，主跨采用(125+210+125)m連續(xù)剛構(gòu)橋。該橋半幅橋?qū)?8.5m，采用單箱單室箱型斷面，210m主孔共分29個施工節(jié)段。主墩為雙薄壁墩，過渡墩為矩形薄壁墩。荷載等級為公路-Ⅰ級

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)工況

本次靜載試驗(yàn)主要對結(jié)構(gòu)主控截面在靜力作用下的撓度、應(yīng)變進(jìn)行測試。試驗(yàn)采用等效荷載進(jìn)行，選擇了3個最不利受力截面進(jìn)行。結(jié)合該橋的實(shí)際情況，試驗(yàn)采用8～16輛重約為300kN的車輛進(jìn)行偏載加載，每個工況分四級進(jìn)行加載，一級卸載。工況布置圖見圖1，各工況加載效率系數(shù)見表1。

2.2 測點(diǎn)布置

主梁撓度測點(diǎn)布設(shè)在橋面，縱橋向在中孔按八分點(diǎn)布設(shè)觀測點(diǎn)，邊孔按橋墩至試驗(yàn)斷面距離對稱布設(shè)，橫橋向在內(nèi)、外側(cè)對應(yīng)腹板的橋面處各布設(shè)1個測點(diǎn)，共36個撓度觀測點(diǎn)。應(yīng)變測點(diǎn)布置于每個截面布置12個應(yīng)變測點(diǎn)，分別布置于箱內(nèi)頂板上緣、腹板兩側(cè)面及箱外底板下緣。

2.3 撓度測試結(jié)果分析

圖1 試驗(yàn)工況布置圖(單位：cm)

表1 各試驗(yàn)工況加載效率系數(shù)

表2為各試驗(yàn)工況滿載作用下的撓度對比分析，從表2可知，各工況滿載作用下的實(shí)測撓度值均比理論計(jì)算值小，由于本次試驗(yàn)采用橫向偏載的方式加載，荷載偏向橋跨的內(nèi)側(cè)，實(shí)測內(nèi)側(cè)撓度變形量大于外側(cè)撓度變形量，與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況符合。卸載后相對殘余變位較小，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。（見圖2、圖3）

2.4 應(yīng)變測試結(jié)果分析

表3為各試驗(yàn)工況滿載作用下的應(yīng)變對比分析，測試結(jié)果表明，各工況滿載作用下的實(shí)測應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值。卸載后相對殘余變位在1.3%～5.7%，相對殘余變位較小，說明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

表2 各試驗(yàn)工況撓度分析表(單位mm)

表3 各試驗(yàn)工況應(yīng)變分析表(單位με)

3 動載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容與目的

脈動試驗(yàn)：采用加速度傳感器941b拾取橋梁在環(huán)境激勵下的脈動信號，并通過DASP數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)得到橋梁的固有頻率、振型，從而實(shí)現(xiàn)對北江特大橋210m連續(xù)剛構(gòu)橋主橋抗彎剛度的評定相應(yīng)的脈動試驗(yàn)測試系統(tǒng)框圖見圖4。

無障礙行車試驗(yàn)：在52#孔跨中內(nèi)側(cè)部位布設(shè)激光撓度儀，在橋面無任何障礙的情況下，采用2臺約400kN載重汽車并排以約10km/h至50km/h的速度行駛通過主橋，以測試結(jié)構(gòu)在行車載荷作用下的動力反應(yīng)。

有障礙行車試驗(yàn)：在210#孔跨中橋面上設(shè)置高度為7cm的減速帶作為障礙物，采用2臺約400kN載重汽車并排以約10km/h至40km/h的速度行駛通過主橋，以測試結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時運(yùn)行車輛荷載作用下的動力反應(yīng)。

2.2 脈動試驗(yàn)分析

采用由頻響函數(shù)峰值法演化得到的互功率譜法進(jìn)行識別脈動振型和固有頻率，初步確定結(jié)構(gòu)豎向一階頻率為0.9375Hz，而實(shí)測的豎向一階振型和理論豎向一階振型吻合的較好，由此確定實(shí)測結(jié)構(gòu)豎向一階頻率為0.9375Hz，典型測點(diǎn)自譜曲線和互譜曲線見圖5和圖6。

圖2 52#孔跨中截面實(shí)測平均值與理論值曲線分析圖

圖3 53#孔跨中截面實(shí)測平均值與理論值曲線分析圖

圖4 脈動試驗(yàn)測試系統(tǒng)框圖

結(jié)構(gòu)豎向一階的理論值為0.8449Hz，實(shí)測值大于理論計(jì)算值，說明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度。

2.3 無障礙行車試驗(yàn)結(jié)果分析

表4為無障礙行車試驗(yàn)的測試結(jié)果，由表4可知，無障礙跑車實(shí)測沖擊系數(shù)μ在0.031～0.052之間，而《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)所規(guī)定橋梁基頻f＜1.5Hz時，其設(shè)計(jì)沖擊系數(shù)μ取值為0.05，實(shí)測值與設(shè)計(jì)取值較為接近。

2.4 有障礙行車試驗(yàn)結(jié)果分析

表5為有障礙行車試驗(yàn)的測試結(jié)果，由表5可知，有障礙跑車的沖擊系數(shù)在0.079～0.102之間，小于設(shè)計(jì)局部加載沖擊系數(shù)μ的取值0.3，橋梁結(jié)構(gòu)動力性能基本滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

通過對北江特大橋主橋連續(xù)剛構(gòu)橋的靜載試驗(yàn)和動載試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

圖5 主要測點(diǎn)自譜曲線圖

圖6 參考點(diǎn)R8與L7測試點(diǎn)的互譜曲線圖

表4 無障礙行車試驗(yàn)結(jié)果

表5 有障礙行車試驗(yàn)結(jié)果

(1)通過靜載試驗(yàn)，各工況的撓度實(shí)值和應(yīng)變實(shí)測值均小于理論值，橋梁的整體受力性能良好，處于彈性受力狀態(tài)。

(2)通過動載試驗(yàn)，其豎向一階實(shí)測頻率比理論計(jì)算值大，說明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度。無障礙行車試驗(yàn)的實(shí)測沖擊系數(shù)比設(shè)計(jì)值比較接近，說明行車動載對結(jié)構(gòu)的不利影響較小。有障礙行車的實(shí)測沖擊系數(shù)比設(shè)計(jì)值小，說明該橋具有較好的抗動載沖擊能力。

[1]交通部公路科學(xué)研究所，交通部公路局技術(shù)處，交通部公路規(guī)劃

設(shè)計(jì)院，大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 宋一凡.公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評定[M].北京：人民交通出版社，2002.

Dynamic and Static Load Experiment of Beijiang Bridge

Liu Leping

(Guangdong Hualu Transport Technology Co.，Ltd.，Guangdong Guangzhou 510420)

結(jié)合北江大橋主橋連續(xù)剛構(gòu)的靜動載試驗(yàn)，通過橋梁靜力作用下主控截面的撓度、應(yīng)變及動載作用下橋梁的相關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)測試結(jié)果的對比分析，對橋梁在荷載作用下的承載能力進(jìn)行了評價，為橋梁竣工驗(yàn)收提供依據(jù)

連續(xù)剛構(gòu)；靜載試驗(yàn)；動載試驗(yàn)；

Combined with the dynamic and static load experiment of the continuous rigid frame of the main bridge of Beijiang Bridge， through the contrast analysis of deflection， strain of master section， which are under the action of bridge static force， and the dynamic data test results of bridge，which are under dynamic load， this paper evaluates the bearing capacity of the bridge， which is under load， and provides the basis for the completion and acceptance of the bridge.

continuous rigid frame; Static Load Experiment; Dynamic Load Experiment