林琦

摘 要：文章以貴州某大橋為分析對象，通過有限單元法并結(jié)合靜、動載荷試驗方法，評定該大橋的使用性能。采用有限單元法分析了橋梁最不利受力面和主橋1階模態(tài)自振頻率和主橋前3階模態(tài)振型。選取該橋拱頂最大正彎矩截面，主拱圈1/4最大正彎矩截面，主拱圈拱腳最大負(fù)彎矩截面作為試驗加載截面；動載試驗選取橋梁拱頂截面和L/4截面進(jìn)行脈動試驗，以測試橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。

關(guān)鍵詞：有限單元法；靜、動載荷試驗；彎矩截面

中圖分類號：TU311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0061-02

Abstract： Taking a bridge in Guizhou Province as an analysis object， this paper evaluates the service performance of the bridge by means of finite element method combined with static and dynamic load test methods. The finite element method is used to analyze the most unfavorable stress surface of the bridge， the natural frequencies of the first mode of the main bridge and the mode shapes of the first three modes of the main bridge. The maximum positive bending moment section of the arch crown， the 1/4 maximum positive bending moment section of the main arch ring and the maximum negative bending moment section of the arch foot of the main arch ring are selected as the test load sections， and the dynamic load test is carried out on the arch top section and L/4 section of the bridge for pulsating test， in order to test the dynamic characteristics of the bridge structure.

Keywords： finite element method； static and dynamic load test； bending moment section

1 橋梁概況

某大橋位于貴州省，橋梁起點樁號K0+122.316，終點樁號K0+213.316，橋梁與河道正交，橋梁全長91.00m，全寬20.5m。上部結(jié)構(gòu)：主孔為凈跨60m鋼筋混凝土箱型拱，主拱圈線型為等截面懸鏈線，拱軸系數(shù)為1.756，矢跨比1/5，拱圈截面高度為140cm，寬度1820cm，行車道板采用簡支板。橋?qū)挒?0.5m，橫向布置為：0.25m（欄桿）+2.5m（人行道）+15（車行道）+2.5m（人行道）+0.25m（景觀欄桿）。下部結(jié)構(gòu)：兩岸橋臺均采用重力式U型橋臺，兩岸拱座，橋臺基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。設(shè)計荷載：城-A級+人群荷載：3.0kN/m2，如圖1～圖2所示。

2 橋梁靜載試驗

2.1 檢測范圍

鳳岡縣勝利大橋為鋼筋混凝土箱型拱，根據(jù)該類橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點，采用有限單元法進(jìn)行單元劃分，將橋梁結(jié)構(gòu)離散成空間單元，然后分析計算。結(jié)構(gòu)計算模型見圖3所示。

根據(jù)橋梁內(nèi)力計算結(jié)果，選擇該橋的最不利受力截面作為荷載試驗對象，選取該橋拱頂最大正彎矩截面（J1），主拱圈1/4最大正彎矩截面（J2），主拱圈拱腳最大負(fù)彎矩截面（J3）作為試驗加載截面。

2.2 測點布置

在測試控制截面J1、J2、J3測試截面布置應(yīng)變測點9個（不含溫度補(bǔ)償）、撓度測點5個，其中J3截面無撓度測點。測試截面應(yīng)變及撓度測點布置見圖4所示。

2.3 試驗工況及布載

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004），并按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）要求，進(jìn)行最不利加載分析，確定控制截面的控制內(nèi)力和撓度。

加載原則：（1）為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線以及防止結(jié)構(gòu)意外損傷，對控制截面試驗荷載的施加應(yīng)分級進(jìn)行；（2）加載級數(shù)應(yīng)根據(jù)荷載量和加載最小荷載增量而定，試驗荷載應(yīng)按控制截面最大內(nèi)力或最大位移分成4級施加；（3）荷載試驗選擇在溫度較穩(wěn)定的時間段進(jìn)行；（4）同一級荷載內(nèi)，結(jié)構(gòu)最大變位測點在最后5

分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個5分鐘變位增量的15%，或小于量測儀器的最小分辨率值時，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對穩(wěn)定。

本次試驗的加載車輛采用目前的施工用車，對各測試截面分別加載，測試截面試驗工況見表1，橋梁計算參數(shù)表和橋梁截面特性表見表2和表3。

3 橋梁動載試驗

3.1 有限元分析計算

橋梁動力有限元模型中主梁結(jié)構(gòu)采用梁單元進(jìn)行模擬。主橋前3階模態(tài)自振頻率見表4。

3.2 測點布置

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)動力特性，本橋動載試驗選取橋梁拱頂截面（J1）和L/4截面（J2）進(jìn)行脈動試驗，以測試橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性。通過在測試截面位置處的橋面粘貼加速度傳感器測試橋梁的動力特性。

3.3 試驗方法

橋梁結(jié)構(gòu)動力（自振）特性測定試驗采用脈動激勵：在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無其它振源的情況下，測定橋梁由風(fēng)荷載、地脈動等隨機(jī)激勵而引起的微幅振動響應(yīng)。

動力特性試驗采用高靈敏壓電加速度計采集信號，然后由動態(tài)信號采集和分析系統(tǒng)進(jìn)行采集記錄。記錄信號回放后，通過時域波形分析、數(shù)字濾波、頻譜分析等方法識別結(jié)構(gòu)的自振頻率。

4 結(jié)束語

通過對橋梁的荷載試驗檢測，了解橋梁的基本現(xiàn)狀，測試橋梁主體結(jié)構(gòu)控制截面的應(yīng)力、撓度和開裂狀況等指標(biāo)，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力、結(jié)構(gòu)變形及正常使用狀態(tài)滿足設(shè)計要求，為橋梁的日后運營、養(yǎng)護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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