1.引言

近年來，隨著橋梁設(shè)計(jì)水平和施工技術(shù)的提高，很多新材料、特殊結(jié)構(gòu)形式及新工藝應(yīng)用到橋梁建設(shè)上來。但施工過程中存在的管理不到位，使用不合格材料等因素，導(dǎo)致橋梁在建成時(shí)就有病害，運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的超載車輛，使病害進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，為評定橋梁設(shè)計(jì)成果和施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)承載能力，保證橋梁通車后能安全運(yùn)營，需要對剛竣工的橋梁進(jìn)行承載力檢測，即橋梁動(dòng)、靜載實(shí)驗(yàn)。

圖1 靜載試驗(yàn)控制截面布置圖

2.工程概況

本文針對武漢市墨水湖北路高架一聯(lián)3*30米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁進(jìn)行動(dòng)、靜載檢測實(shí)驗(yàn)分析。平面位于半徑R=400米的圓曲線上，箱梁采用單箱三室截面，梁頂板結(jié)構(gòu)寬26米，梁高2.0米，梁體采用C50 混凝土，箱梁采用縱、橫雙向預(yù)應(yīng)力體系。斷面為雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為60km/h，汽車荷載：城-A 級。

圖2 A-A、B-B、C-C 斷面測點(diǎn)布置圖

3.靜力荷載試驗(yàn)

3.1 檢測內(nèi)容及斷面布置

靜載試驗(yàn)內(nèi)容包括主梁控制截面的應(yīng)力和撓度，依據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》CJJ/T 233-2015 中關(guān)于橋梁荷載試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合橋梁受力特點(diǎn)，在滿足評定橋梁承載能力的前提下，按最不利效應(yīng)的原則，本橋靜載試驗(yàn)控制斷面設(shè)置在跨中最大正彎矩處、支點(diǎn)截面最大剪力處，共5 處，如下圖1所示。

在上述五個(gè)檢測斷面中，布置5個(gè)（A～E）應(yīng)力檢測斷面，3個(gè)（A～C）撓度檢測斷面。各檢測斷面的應(yīng)變檢測點(diǎn)設(shè)置在各截面箱梁底板和腹板；剪力檢測點(diǎn)布置在主梁中性軸處；撓度檢測點(diǎn)布置在截面的橋面板上。各斷面的檢測點(diǎn)布置如下圖2～4所示。

圖3 D-D 斷面測點(diǎn)布置圖

圖4 E-E 斷面測點(diǎn)布置圖

3.2 橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型的建立

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，采用有限元軟件Midas建立空間有限元模型，并進(jìn)行靜、動(dòng)力計(jì)算和分析，分別計(jì)算試驗(yàn)車輛作用下，各種靜力工況下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移等參數(shù)，以便與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

圖5 橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型

3.3 靜力試驗(yàn)加載及加載工況

靜力試驗(yàn)荷載既要保證結(jié)構(gòu)的安全性，又能暴露出結(jié)構(gòu)的承載能力。根據(jù)橋梁相關(guān)檢測規(guī)范規(guī)定，靜載試驗(yàn)的荷載效率系數(shù)為：0.95 ＜ηq ＜1.05。按照控制內(nèi)力或變位等效原則，確定本次靜力試驗(yàn)工況及荷載。本次試驗(yàn)荷載采用單車總重40噸，前軸軸重約為8噸，后軸軸重約為32噸，前軸距L1 為3.8m，后軸距L2 為1.4m 的六輛試驗(yàn)車輛。

因本橋平面處于圓曲線上，加載方式包含中載和偏載兩種加載工況。荷載按三級加載，加載完成后，按兩級卸載。各試驗(yàn)工況和荷載效率如表1所示：

表1 靜載試驗(yàn)各工況及荷載效率系數(shù)

表2 不同工況下各截面最大應(yīng)變統(tǒng)計(jì)表 單位：με

表3 不同工況下各截面最大豎向撓度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

3.4 靜載結(jié)果及分析

各工況滿載作用下，各截面實(shí)測最大應(yīng)變和根據(jù)空間有限元模型理論計(jì)算值如表2所示：

各工況滿載作用下，各截面實(shí)測最大豎向撓度和根據(jù)空間有限元模型理論計(jì)算值如表3所示：

由上述兩表可以看出，結(jié)構(gòu)在各靜載試驗(yàn)工況下，實(shí)測最大應(yīng)變?yōu)槔碚搼?yīng)變的0.73倍，實(shí)測最大撓度為理論撓度的0.79倍，校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，實(shí)際承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。撓度實(shí)測值均小于理論計(jì)算值，最大撓跨比為1/8219，遠(yuǎn)小于規(guī)范允許的1/600，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

4.動(dòng)力檢測布置

橋梁動(dòng)載實(shí)驗(yàn)主要包括結(jié)構(gòu)自振特性實(shí)驗(yàn)和行車動(dòng)力響應(yīng)實(shí)驗(yàn)。檢測參數(shù)包括：自振頻率、阻尼比、沖擊系數(shù)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度等。通過橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測動(dòng)力參數(shù)與理論計(jì)算參數(shù)的比較，從而判斷結(jié)構(gòu)整體剛度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析及工況

4.1.1 根據(jù)已建立的空間有限元模型，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析，得到其振型、自振頻率和阻尼等參數(shù)。

4.1.2 自振特性實(shí)驗(yàn)工況

橋梁結(jié)構(gòu)在橋面無交通荷載及穩(wěn)定振源，主要由風(fēng)荷載、地脈動(dòng)等隨機(jī)激勵(lì)下引起微幅振動(dòng)響應(yīng)，產(chǎn)生的信號采用高靈敏壓電加速度計(jì)采集，由動(dòng)態(tài)信號采集分析儀進(jìn)行信號處理得到結(jié)構(gòu)實(shí)測自振頻率和阻尼比。

4.1.3 行車動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)試驗(yàn)工況

（1）跑車試驗(yàn)：用一輛載重40噸的實(shí)驗(yàn)車輛分別以20、30、40km/h 車速沿橋梁中心線附近勻速駛過橋梁，測試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

（2）跳車試驗(yàn)：在跨中截面布置障礙物（寬30cm，高7cm），用一輛載重40噸的實(shí)驗(yàn)車輛以20km/h 車速，勻速駛過障礙物進(jìn)行跳車實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

（3）制動(dòng)試驗(yàn)：用一輛載重40噸的實(shí)驗(yàn)車輛以20km/h 車速沿橋梁中心線附近勻速行駛，在實(shí)驗(yàn)截面位置緊急剎車，激發(fā)橋梁的水平振動(dòng)，測試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

以上工況下產(chǎn)生的信號采用高靈敏壓電加速度計(jì)采集，進(jìn)行信號處理得到結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果、分析

4.2.1 振動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過對橋梁結(jié)構(gòu)理論分析和脈動(dòng)測試信號分析，得到橋梁一階自振頻率、阻尼比和實(shí)測值。

由表4數(shù)據(jù)可以看出，橋梁基頻實(shí)測值為4.79Hz，大于理論計(jì)算值4.40Hz，結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 振動(dòng)頻率表 單位：Hz

表5 檢測截面跑車實(shí)驗(yàn)沖擊系數(shù)實(shí)測值

表6 有障礙行車實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

表7 制動(dòng)實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

4.2.2 無障礙跑車試驗(yàn)

通過測試橋梁結(jié)構(gòu)在行車過程中動(dòng)撓度來計(jì)算結(jié)構(gòu)的實(shí)際沖擊系數(shù)，各實(shí)驗(yàn)跨實(shí)測沖擊系數(shù)如表5所示：

沖擊系數(shù)是反應(yīng)橋梁在運(yùn)營階段工作狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，它與橋梁的線型、橋面平整度都存在直接關(guān)系。從表5可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)在車速為40km/h 時(shí)沖擊系數(shù)最大，實(shí)測沖擊系數(shù)（1+μ）在1.02～1.07之間，均小于理論計(jì)算值1.25，滿足規(guī)范要求。

4.2.3 有障礙行車實(shí)驗(yàn)

在檢測跨中截面布置障礙物（寬30cm，高7cm），用一輛加載車以20km/h 車速，勻速行駛過障礙物進(jìn)行跳車試驗(yàn)，測試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，測得的動(dòng)撓度如表6所示：

由表6數(shù)據(jù)可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)平穩(wěn)，最大動(dòng)撓度及沖擊系數(shù)都滿足規(guī)范要求。

4.2.4 制動(dòng)實(shí)驗(yàn)

用一輛加載車以30km/h 車速勻速行駛至實(shí)驗(yàn)跨截面處立即剎車至停止，測得的動(dòng)撓度結(jié)果如表7所示：

由表7數(shù)據(jù)可以看出，橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)平穩(wěn)，最大動(dòng)撓度及沖擊系數(shù)都滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能較好。

5.結(jié)論

通過對本橋進(jìn)行不同工況下的靜、動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，及對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析表明，該橋工作性能較好，承載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。