顏 霜

（成都賽旺工程咨詢有限公司， 四川 成都 610000）

連續(xù)剛構(gòu)橋的跨度大，能克服的復(fù)雜地形多，要使剛構(gòu)橋在使用過(guò)程中的穩(wěn)定性和固定性有所保障，就需要對(duì)剛構(gòu)橋進(jìn)行精密科學(xué)的橋梁荷載試驗(yàn)。連續(xù)剛構(gòu)橋的梁和墩具有連續(xù)性的結(jié)構(gòu)，在荷載時(shí)可以形成一個(gè)整體共同受力，這種特性也使其承載力指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般橋梁。剛構(gòu)橋荷載試驗(yàn)的主要目的就是考察橋梁應(yīng)力和撓度的變化，這對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究對(duì)加強(qiáng)連續(xù)剛構(gòu)橋的載荷能力有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁的概述

1.1 連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn)

連續(xù)剛構(gòu)橋的橋梁上部結(jié)構(gòu)與橋墩具有一定的整體性和連續(xù)性，這種結(jié)構(gòu)讓其在承受載荷時(shí)主梁和橋墩同時(shí)受力，因此在載荷能力方面連續(xù)剛構(gòu)橋的能力顯得尤為突出。由于連續(xù)剛構(gòu)橋的主梁之間沒有伸縮縫，因此在車輛行駛過(guò)程中會(huì)更加平穩(wěn)，提高了行車的舒適度。［1］主梁和橋墩之間的整體性關(guān)系也完成了體系之間的無(wú)差異轉(zhuǎn)換，減去了支座的設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，從一定程度上節(jié)約了橋梁的建造費(fèi)用。

在我國(guó)乃至世界的交通系統(tǒng)中，橋梁都占據(jù)中十分重要的地位，由于橋梁的承載能力不足的問(wèn)題造成的橋梁坍塌、斷裂等現(xiàn)象嚴(yán)重威脅著交通行駛過(guò)程中的車輛安全和人身安全，給人們的出行埋下了隱患。在橋梁的使用過(guò)程中，由于持續(xù)受力的關(guān)系，橋梁和橋墩的水平位移、轉(zhuǎn)角位移和墩身剪力結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生一定的變化，因此在設(shè)計(jì)橋梁和橋墩時(shí)做出科學(xué)、合理、精密的計(jì)算是對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)并對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究的首要條件。

1.2 連續(xù)剛構(gòu)橋的基本結(jié)構(gòu)

1.從連續(xù)剛構(gòu)橋的受力結(jié)構(gòu)分析，橋梁的受力點(diǎn)主要是橋面、橋墩以及橋面和橋墩的連接處。在進(jìn)行連續(xù)剛構(gòu)橋施工時(shí)，完成橋梁與橋墩固態(tài)結(jié)構(gòu)的高效連接，讓其橋墩在受力過(guò)程中同時(shí)能依靠橋梁與橋墩之間的固結(jié)體系維持豎向持平的狀態(tài)。在橋梁的主墩柔性較大時(shí)，要注意保證橋墩頂部的橋面彎曲程度低于同跨徑橋梁，可以在施工時(shí)對(duì)橋梁橫截面的尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，有效控制橋梁跨梁位置的高度，以保證連續(xù)剛構(gòu)橋受力結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［2］。

2.從連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計(jì)思路來(lái)分析，在設(shè)計(jì)時(shí)一般遵循強(qiáng)梁弱墩的理念、在施工時(shí)要確定某個(gè)特定的范圍作為參考基礎(chǔ)，適當(dāng)增加橋梁的尺寸，最大限度地改善連續(xù)剛構(gòu)橋的跨越性能和橋梁的穩(wěn)固性。按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，連續(xù)剛構(gòu)橋受到外界溫度和自身徐變的影響比較大，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)角會(huì)位移現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一方面要注意增強(qiáng)連續(xù)剛構(gòu)橋梁墩身的承載能力，另一方面還要控制橋梁所承受的內(nèi)力。

3.從連續(xù)剛構(gòu)橋梁界面的設(shè)計(jì)分析，橋梁界面是受力的最直接部位，只有在設(shè)計(jì)施工時(shí)科學(xué)合理地把握橋梁的內(nèi)部和外部的整體結(jié)構(gòu)，對(duì)橋梁的受力特征進(jìn)行綜合全面的有效分析，充分運(yùn)用變截面的設(shè)計(jì)思路，才能保證橋梁在施工過(guò)程中的科學(xué)性和合理性，在測(cè)試和使用階段橋梁的跨越性能和穩(wěn)固性能才能達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)的流程

2.1 荷載試驗(yàn)的流程

荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備階段，首先要收集橋梁的設(shè)計(jì)資料、施工工藝記錄、監(jiān)理記錄、材料和工藝試驗(yàn)資料、養(yǎng)護(hù)記錄、維護(hù)記錄等一系列與橋梁相關(guān)的資料。其次要對(duì)橋梁的橋面、承載結(jié)構(gòu)、支座、基礎(chǔ)等現(xiàn)狀進(jìn)行全面的檢查。隨后就能確定好進(jìn)行荷載試驗(yàn)所需的設(shè)施和設(shè)備，［3］在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)將腳手架、測(cè)試儀表支架、測(cè)量?jī)x器等器材提前搭建好，以便試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作落實(shí)到位。

2.2 荷載試驗(yàn)的實(shí)施階段

荷載試驗(yàn)實(shí)施階段是整個(gè)試驗(yàn)最重要的階段，在此階段的主要任務(wù)是加載和記錄，試驗(yàn)過(guò)程要嚴(yán)格按照試驗(yàn)方案標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用適合的設(shè)備儀器對(duì)橋梁的構(gòu)件進(jìn)行加載，邊測(cè)量、邊加載、邊記錄，尤其對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋的撓度、裂縫變化、應(yīng)變情況等重點(diǎn)內(nèi)容要觀察記錄清楚，力求等到完善準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

2.3 荷載試驗(yàn)的結(jié)果分析和報(bào)告

通常在荷載試驗(yàn)的實(shí)施階段試驗(yàn)的項(xiàng)目比較復(fù)雜，試驗(yàn)出的數(shù)據(jù)結(jié)果也比較雜亂，對(duì)荷載試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析就是要將這些雜亂的數(shù)據(jù)有條理地整理清楚，在大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)、文字記錄和圖標(biāo)資料中找出一定的客觀規(guī)律性。對(duì)整理好的資料進(jìn)行綜合詳細(xì)的分析，按照科學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算和對(duì)比，從而得到有價(jià)值的信息和資料。完成數(shù)據(jù)分析之后，就可以按照需求和目的做分析報(bào)告，對(duì)試驗(yàn)的對(duì)象進(jìn)行較準(zhǔn)確可靠的評(píng)估。

3 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果分析案例

某水電站交通橋梁全長(zhǎng)233m，橋跨布置為61+100+61m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)梁橋，主梁設(shè)0.8%的縱坡以及1.5%的橫坡。橋梁全寬12 m，橫向布置為凈－11＋2×0.5（防撞護(hù)攔），主梁為單箱單室截面，箱梁頂面寬度為12 m，底面寬度為6.5 m，主梁根部箱梁高6.0 m,中跨截面處梁高為2.5 m。主橋墩身采用鋼筋混凝土矩形空心橋墩，橋臺(tái)為重力式U型橋臺(tái)。設(shè)計(jì)荷載汽車超-40級(jí)，掛特-300級(jí)。下面對(duì)該大橋荷載試驗(yàn)進(jìn)行分析。

1.測(cè)試斷面及測(cè)試布點(diǎn)

①.測(cè)試斷面

A．彎矩的控制截面為邊跨距橋臺(tái)25米處的正彎矩、中支點(diǎn)截面（負(fù)彎矩）和中跨中跨截面（正彎矩）。由于本橋?yàn)樽兘孛孢B續(xù)梁，也不排除其他截面的應(yīng)力會(huì)超出上述截面的可能；

B.剪力控制截面為橋墩支點(diǎn)截面；

C.撓度控制截面為邊跨L/4、中跨截面；中跨為L(zhǎng)/4、中跨截面及3L/4截面。

②.測(cè)點(diǎn)布置

A．將各測(cè)試截面上的正、剪應(yīng)變測(cè)點(diǎn)全部布置在箱內(nèi)，底板測(cè)點(diǎn)布設(shè)在底板上表面，頂板測(cè)點(diǎn)布設(shè)在頂板下表面，剪應(yīng)變布設(shè)在腹板中性軸附近。

B.撓度測(cè)點(diǎn)布設(shè)在橋面上，上下游人行道緣邊各設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.試驗(yàn)方法

采用箱梁表面粘貼應(yīng)變片，匹配型號(hào)為5631的靜態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)試。在控制截面撓度的條件下，用精密電子水準(zhǔn)儀按照0.1mm的精度進(jìn)行測(cè)量。941B型高精度超低頻加速度傳感器配6M82動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀測(cè)試橋梁動(dòng)態(tài)性能。人工觀測(cè)和手動(dòng)測(cè)量混凝土表面的開裂情況、裂縫的寬度和長(zhǎng)度等。［4］

3.試驗(yàn)加載程序

①.靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)荷載按汽車—40、掛車—300計(jì)算各試驗(yàn)截面內(nèi)力，以截面最不利彎矩作為試驗(yàn)控制參數(shù)，然后按等效荷載原則布置荷載。

靜載試驗(yàn)效率為：ηq=SS/S（1+μ）

式中：SS—靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；

S—控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值；

μ—按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)。

根據(jù)計(jì)算選用的試驗(yàn)用車為單臺(tái)總重300kN的重車。靜載試驗(yàn)采取分級(jí)加載，并且每一個(gè)工況重復(fù)1次，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和重復(fù)性。大橋靜載試驗(yàn)實(shí)際的荷載效率系數(shù)邊跨和中跨分別為0.944、0.850，符合橋梁試驗(yàn)規(guī)范要求0.80～1.10之間。

按各測(cè)試截面的控制彎矩及控制撓度布載，共分為4種試驗(yàn)荷載工況，分別為：

工況1：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)橹休d；

工況2：縱橋向按邊跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)槠d；

工況3：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)橹休d；

工況4：縱橋向按中跨中跨截面彎矩及撓度最不利位置布載，橫橋向?yàn)槠d；

試驗(yàn)加載過(guò)程中，各工況分別按單列車輛荷載遞增，一、二工況分二級(jí)施加；，三、四工況分三級(jí)施加。每級(jí)穩(wěn)定時(shí)間不少于10min，且每次工況重復(fù)一次。

②.動(dòng)載試驗(yàn)

采用一輛300KN試驗(yàn)汽車作為動(dòng)力試驗(yàn)荷載，進(jìn)行自振試驗(yàn)、跑車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)。

4.測(cè)試結(jié)果

①.靜載試驗(yàn)

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納分析，撓度校驗(yàn)系數(shù)邊跨平均值為0.469，各測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)均不超過(guò)0.600；中跨撓度校驗(yàn)系數(shù)平均值為0.502，中載時(shí)最大為0.555，偏載時(shí)最大為0.621。在對(duì)稱荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.667以下（邊跨距橋臺(tái)25米截面頂板上游測(cè)點(diǎn)），最大拉應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.652以下（邊跨距橋臺(tái)25米截面底板中測(cè)點(diǎn)）。在偏心荷載作用下，各控制截面的最大縱向壓應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.718以下（邊跨距橋臺(tái)25米截面頂板下游測(cè)點(diǎn)），最大拉應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)在0.723以下（邊跨距橋臺(tái)25米截面底板中測(cè)點(diǎn)）。

由此可見，全部校驗(yàn)系數(shù)均遠(yuǎn)小于1.0,說(shuō)明結(jié)構(gòu)整體性能好，結(jié)構(gòu)安全可靠，而且具備較充分的安全儲(chǔ)備。

②.動(dòng)載試驗(yàn)

通過(guò)橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)載試驗(yàn)，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

A.主梁橫向振動(dòng)前二階頻率分別為1.0352Hz、1.9531Hz，主梁豎向振動(dòng)前兩階頻率分別為1.3086Hz、2.4121Hz；

B.橋跨結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)阻尼比Dn在0.003～0.007之間，為小阻尼振動(dòng)，且阻尼值較小；

C.無(wú)障礙行車時(shí)對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)（1+μ）介于 1.0514～1.1608之間，行車的沖擊作用較小；

D.跨中有障礙行車的沖擊系數(shù)（1+μ）介于 1.0466～1.2000之間，邊跨有障礙行車時(shí)的沖擊系數(shù)介于 1.0435～1.2063之間，可見障礙行車對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)的沖擊作用明顯大于無(wú)障礙行車，而40km/h速度行車所引起的沖擊作用要稍大于其他速度行車引起的沖擊。

綜上所述，橋跨結(jié)構(gòu)有較好的整體性能，抗扭剛度較好。

4 連續(xù)剛構(gòu)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定方法

4.1 連續(xù)剛構(gòu)橋梁靜載荷試驗(yàn)及其結(jié)果的分析和評(píng)估

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)指標(biāo)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是實(shí)測(cè)值和規(guī)范值之間的比較，二是實(shí)測(cè)值與理論值之間的比較，先者反映的是剛構(gòu)橋梁的實(shí)際工作狀態(tài)，后者則反映的是剛構(gòu)橋梁的工作性能。無(wú)論是哪一種比較方式，都需要將靜荷載試驗(yàn)得到的結(jié)果進(jìn)行整理、分析、認(rèn)識(shí)和理解，在此過(guò)程中了解試驗(yàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，從而對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行一個(gè)有效的評(píng)價(jià)。

4.2 連續(xù)剛構(gòu)橋梁動(dòng)載荷試驗(yàn)及其結(jié)果的分析和評(píng)估

對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行動(dòng)載荷試驗(yàn)的主要原因要?dú)w于橋梁的多動(dòng)性，在使用和其本身相比的過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)、頻率和板型都會(huì)有所改變。在對(duì)剛構(gòu)橋梁進(jìn)行動(dòng)載荷試驗(yàn)的過(guò)程需要經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間里程曲線，試驗(yàn)者需要收集和整理整個(gè)時(shí)間歷程中的所有數(shù)據(jù)變化，再根據(jù)不同的情況選擇不同的數(shù)據(jù)分析處理方法，結(jié)合實(shí)際來(lái)對(duì)剛構(gòu)橋的動(dòng)載荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效的判斷。最后再根據(jù)相關(guān)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系來(lái)對(duì)剛構(gòu)橋梁的動(dòng)力性能有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和把握。

5 結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋梁在我國(guó)路橋建設(shè)的發(fā)展中占據(jù)著重要地位，保證連續(xù)剛構(gòu)橋的穩(wěn)固性和安全性是保證人們交通出行安全的基本條件。對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)并對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果全面分析，可以較準(zhǔn)確地連續(xù)剛構(gòu)橋的性能和狀態(tài)。