【摘要】通過一座鋼架梁橋的靜動(dòng)載試驗(yàn)，測試橋梁在試驗(yàn)荷載作用下的工作狀態(tài)，測定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及動(dòng)力特性，并將實(shí)際測試值與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，從而判斷橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全承載能力和使用條件。

【關(guān)鍵詞】剛架拱橋；靜動(dòng)載試驗(yàn)；撓度；應(yīng)變；動(dòng)力特性

Experimental Study of XueGang Bridge Including Static and Dynamical Performance

of The Whole Structure

YANG Xing-xing，XU Yan

（College of Civil Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127）

Abstract： An experimental study concerning rigid frame bridge was developed on static and dynamical performance of the whole structure. Some mechanics performance factor including strength， rigidity and dynamic characteristics of the structure was tested through experiment. The practical value was analyzed with the theoretical value under the experimental load and the safety capacity and working status of the structure was evaluated through the method of static and dynamical loading test.

Key words： rigid frame；static and dynamical loading test；deflecting；strain；dynamic characteristics

薛港橋建于2016年，位于東臺(tái)市境內(nèi)，跨越川東港。為了確定其技術(shù)狀況，受東臺(tái)市水利建設(shè)有限公司委托，揚(yáng)州市揚(yáng)大工程檢測中心有限公司于2016年12月按公路—Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)[1][2]對該橋進(jìn)行了靜載和動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)測定在各工況試驗(yàn)荷載作用下剛架拱橋控制截面的應(yīng)力和變形，動(dòng)載試驗(yàn)測定該橋的沖擊系數(shù)、自振頻率、阻尼比。

1、薛港橋設(shè)計(jì)概況

薛港橋設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅱ級(jí)；主橋總寬：9.60m，引橋總寬8.0m，行車道7.0m；主跨采用67.2m鋼桁架橋，邊跨采用20m跨（南側(cè)6×20m，北側(cè)4×20m）的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁。上部結(jié)構(gòu)采用67.2m鋼桁架橋；引橋共10跨，跨徑均為20m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土大孔板。下部結(jié)構(gòu)：主跨采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，柱式橋墩；引橋采用灌注樁基礎(chǔ)，雙柱排架式橋墩（臺(tái)）。

2、靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)是測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜載試驗(yàn)荷載作用下的內(nèi)力和變形。它是了解結(jié)構(gòu)實(shí)際性能（剛度、強(qiáng)度等）最直接有效的辦法[3]。

2.1加載車輛

本次試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)承載力是否符合設(shè)計(jì)要求，故采用基本荷載加載。試驗(yàn)荷載選用四輛載重汽車，荷載效率系數(shù)η=0.92～1.09，即試驗(yàn)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)與公路—Ⅱ級(jí)荷載效應(yīng)接近。（試驗(yàn)車輛的軸距及其質(zhì)量表略）

2.2加載位置

剛架梁橋的鋼桁梁L/2截面（桿件）和鋼桁梁L/4截面（桿件），試驗(yàn)車輛分別于上述截面或桿件內(nèi)力影響線的最不利位置上加載?？v向按兩種加載位置布置車輛，即將試驗(yàn)車之重軸（中軸）分別布置于鋼桁梁L/2截面處，鋼桁梁L/4截面，加載位置布置見圖1；橫向按兩輛車偏心布載。

2.3測點(diǎn)布置

應(yīng)力（應(yīng)變）測點(diǎn)分別布置于鋼桁梁L/2截面處上弦桿1-1截面、斜桿2-2截面、豎桿3-3截面及下弦桿4-4截面，鋼桁梁L/4截面處上弦桿5-5截面、斜桿6-6截面及下弦桿7-7截面；撓度測點(diǎn)分別布置于鋼桁梁L/2截面和L/4截面處下弦桿上。各測試截面應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度測點(diǎn)布置見圖2。

圖1 L/2截面加載位置布置圖

圖2 應(yīng)變、撓度測點(diǎn)布置圖

2.4測試程序

每一控制截面或桿件分兩級(jí)加載，共2個(gè)工況。

2.5測試結(jié)果與計(jì)算分析

各截面的應(yīng)變采用穩(wěn)定性好、精度高并適合于野外環(huán)境的振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量，本橋采用SAP2000V14有限元計(jì)算軟件對鋼桁梁橋進(jìn)行計(jì)算分析。

2.5.1撓度

各工況控制截面撓度實(shí)測值與計(jì)算值比較見表1，各工況撓度校驗(yàn)系數(shù)為：ξ=0.50～0.85<1.0；相對殘余撓度為：S/p=4.3%～13.3%<20.0%。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼桁架處于彈性工作狀態(tài)[4] [5]。

2.5.2應(yīng)變

工況一、工況二鋼桁梁桿件截面應(yīng)力實(shí)測值與計(jì)算值比較表略，僅列出工況二1級(jí)加載建表2。工況1應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為：η=0.52～0.86<1.0；相對殘余應(yīng)力為：S/p=2.0%～12.7%<20.0%；工況2應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為：η=0.54～0.89<1.0；相對殘余應(yīng)力為：S/p=3.1%～13.5%<20.0%。

結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼桁架處于彈性工作狀態(tài)[4]。

2.5.3裂縫

工況一～工況二時(shí)，未見鋼桁梁出現(xiàn)裂縫。

3、動(dòng)載試驗(yàn)

3.1測試儀器與系統(tǒng)組成

動(dòng)載試驗(yàn)的目的是檢測該橋的一些主要?jiǎng)恿μ匦詤?shù)，本次檢測采用941B型拾振器、DFS-8型信號(hào)放大器以及ADCRAS振動(dòng)信號(hào)采集與處理分析系統(tǒng)組成橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)。

3.2試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.2.1沖擊系數(shù)

在橋面跨中設(shè)置跳板，采用一輛載重約38kN的試驗(yàn)車以20～25km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測試橋跨結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)時(shí)程曲線，并通過計(jì)算分析得出橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)[2]。

由跳車試驗(yàn)測得的動(dòng)撓度曲線見圖3，沖擊系數(shù)實(shí)測值為0.14。主橋結(jié)構(gòu)基頻為2.73Hz，沖擊系數(shù)理論值為0.16，即沖擊系數(shù)實(shí)測值小于理論值。 3.2.2自振頻率

通過基于自互譜綜合函數(shù)的參數(shù)識(shí)別分析出振動(dòng)模態(tài)參數(shù)，包括振動(dòng)頻率、阻尼比和振型。其振動(dòng)頻率和阻尼比見表3，表中自振頻率的理論計(jì)算值采用SAP2000V14軟件計(jì)算。由脈動(dòng)試驗(yàn)測得試驗(yàn)橋一階頻率為2.73Hz，阻尼比2.404% 。

3.2.3振型

實(shí)測豎向振型與理論振型吻合較好，表明試驗(yàn)所采用的測試方法可行，測試結(jié)果可靠。

4、結(jié)論

4.1靜力荷載試驗(yàn)結(jié)論

（1）本橋靜載試驗(yàn)荷載效率基本滿足規(guī)定要求，即本次試驗(yàn)加載有效，試驗(yàn)橋梁經(jīng)受了公路—Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)力考驗(yàn)。

（2）在試驗(yàn)荷載作用下，鋼桁梁各控制截面桿件測點(diǎn)應(yīng)力實(shí)測值小于理論計(jì)算值，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)η<1.0，相對殘余應(yīng)力S/p<20.0%，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼桁梁橋處于彈性工作狀態(tài)。

（3）在試驗(yàn)荷載作用下，鋼桁梁各控制截面撓度實(shí)測值小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)η<1.0，相對殘余變形S/p<20.0%，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼桁梁橋處于彈性變形狀態(tài)。

（4）各試驗(yàn)工況時(shí)，未見鋼桁梁出現(xiàn)裂縫。

分析結(jié)果表明，鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)， 具備一定的安全儲(chǔ)備能力[4]。

4.2動(dòng)力荷載試驗(yàn)結(jié)論

（1）通過動(dòng)載試驗(yàn)測得橋梁的各階頻率，基頻實(shí)測值與理論計(jì)算值接近；實(shí)測各階阻尼比在正常范圍內(nèi)。

（2）由跳車試驗(yàn)測得橋梁最大沖擊系數(shù)，小于沖擊系數(shù)理論值，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4.3綜合上述分析結(jié)果，試驗(yàn)橋梁技術(shù)狀況良好，滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)的承載力要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01—2003）.北京：人民交通出版社，2003.

[2]公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60—2004）.北京：人民交通出版社，2004.

[3]公路舊橋承載力鑒定方法（試行）. 北京：人民交通出版社，1988.

[4]胡大琳.橋涵工程試驗(yàn)檢測技術(shù). 北京：人民交通出版社，2000.

[5]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（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004.

作者簡介：

楊星星（1993-），男 ，碩士研究生，從事橋梁結(jié)構(gòu)研究；

許燕（1966-），男，副教授，從事橋梁結(jié)構(gòu)研究。