邵森泉 （合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程背景

本工程實例上部結(jié)構(gòu)為（90+110）m斜置拱塔雙索面預應力混凝土斜拉橋，塔、梁、墩固結(jié)體系，主梁采用雙主梁肋板式結(jié)構(gòu)形式，錨跨壓重區(qū)域主梁截面采用箱型截面，全長205m，全寬40m，標準橫斷面為：0.25m（欄桿）+2.25m（人行道）+3.5m（非機動車道）+3m（隔離帶）+22m（機動車道）++3m（隔離帶）+3.5m（非機動車道）+2.25m（人行道）+0.25m（欄桿）=40m，道路等級為城市主干道Ⅲ級，荷載等級為公路-Ⅰ級；下部結(jié)構(gòu)為主墩基礎(chǔ)采用承臺灌注群樁基礎(chǔ)，承臺頂設1.5m高塔座。橋臺采用樁柱式臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2 理論分析

進行荷載試驗前，根據(jù)設計資料，使用有限元分析軟件Midas Civil 2020建立模型，全橋共169個節(jié)點，211個梁單元，68個只受拉桁架單元，支座處采用彈性連接模擬，計算橋梁結(jié)構(gòu)在不同試驗工況作用下控制的應變、應力和位移理論值。模型如圖2所示。

圖1 橋梁現(xiàn)場照片

圖2 有限元分析基礎(chǔ)模型

3 靜載試驗

3.1 試驗工況

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、業(yè)主要求及現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)的橋梁施工質(zhì)量缺陷確定試驗工況如表1所示。

試驗工況一覽表 表1

撓度測點布置在橋梁控制截面底緣處，測點布置見圖3。

圖3 撓度位移測點布置

本橋梁靜載試驗共布置5個撓度位移測點，分別為梁底f1、f2和f3，橋面f4和f5。

塔頂偏位選擇使用全站儀進行各測點的偏位測量。為測得在試驗荷載作用下，該橋塔頂最大側(cè)移分級變化過程，偏位控制測點設置在塔頂處。測點布置見圖4。

圖4 塔頂最大偏位測點布置圖

在本橋梁最大正彎矩控制截面梁底緣各布置3個表面應變計，分別位于雙主梁與橫肋處，應力測點布置見圖5。

圖5 應變測點布置

塔身最大彎矩控制截面設在塔梁固結(jié)處，主塔與橋梁鋪裝層搭接處布置2個測點，測點布置見圖6。

圖6 塔身截面彎矩應力測點布置圖

車輛橫向布置圖見圖7及圖8。

圖7 車輛偏載橫向布置圖（單位：cm）

圖8 車輛對稱加載橫向布置圖（單位：cm）

本次靜載試驗過程中，應變采用DH3816應變采集儀進行應變實時采集，沉降位移采用拉線式位移計和撓度儀進行測量。

3.2 靜載試驗評定結(jié)論

靜載試驗主要是通過結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)、相對殘余變形或相對殘余應變等數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)工作狀況進行評定。

根據(jù)表2及圖9～圖12可知，各工況作用下應變校驗系數(shù)在0.36～0.88之間，變形校驗系數(shù)在0.53～0.74之間；相對殘余應變在0.1%～15.8%之間，相對殘余變形在3.20%～10.20%之間，說明橋梁處于彈性工作狀態(tài)以及具有一定的安全儲備。

索力評定表 表2

圖9 變形校驗系數(shù)曲線

圖10 相對殘余變形曲線

圖11 應變校驗系數(shù)曲線

圖12 相對殘余應變曲線

4 動載試驗

4.1 布置拾振傳感器

本橋根據(jù)振型的特點，在振型的峰、谷位置布置相應傳感器。主要布置在每跨八等分處。每跨共分別布置7個拾振傳感器。見圖13。

圖13 拾振器布置圖

4.2 動載試驗結(jié)果

4.2.1 跑車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，用2輛載重汽車以10km/h、20km/h的速度駛過，并采集運行車輛荷載作用下的動力特性。圖14～圖15為車速10km/h和20km/h跑車曲線。

圖14 10km/h跑車曲線

圖15 20km/h跑車曲線

4.2.2 剎車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，用2輛載重汽車以10km/h和30km/h的速度駛至測試截面進行剎車，并采集運行車輛荷載作用下的動力特性。圖16～圖17為車速10km/h和30km/h剎車曲線。

圖16 10km/h剎車曲線

圖17 30km/h剎車曲線

4.2.3 動撓度測試結(jié)果

4.2.3.1 跑車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，用2輛載重汽車以10km/h、20km/h的速度駛過，并采集運行車輛荷載作用下的動力特性。圖18～圖19為車速10km/h和20km/h跑車曲線。

圖18 10km/h跑車曲線

圖19 20km/h跑車曲線

4.2.3.2 剎車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，用2輛載重汽車以10km/h和30km/h的速度駛至測試截面進行剎車，并采集運行車輛荷載作用下的動力特性。圖20～圖21為車速10km/h和30km/h剎車曲線。

圖20 10km/h剎車曲線

圖21 30km/h剎車曲線

4.2.4 自振特性測試結(jié)果

4.2.4.1 信號采集與分析

采用連續(xù)采樣方式在自然環(huán)境激勵作用下采集拾震器的速度響應信號，每通道的采樣率設為：100Hz，采樣時間一般每個批次尺寸約15～20min。

通過時域平均、頻域濾波等方法對信號去噪，利用收集信號的互譜、自功率譜、相干函數(shù)識別橋梁豎向振動的前三階模態(tài)參數(shù)。該橋理論及實測振型見圖22～圖27所示。

圖22 理論一階頻率及振型（f1=0.892Hz）

圖23 實測一階頻率及（f1=1.172Hz）

圖24 理論二階頻率及振型（f2=1.030Hz）

圖25 實測二階頻率及振型（f2=1.953Hz）

圖26 理論三階頻率及振型（f3=2.108Hz）

圖27 實測三階頻率及（f3=2.832Hz）

根據(jù)實測結(jié)果與理論計算對比結(jié)果，橋梁前三階理論自振頻率均小于實測自振頻率，說明橋梁結(jié)構(gòu)各部件整體性能和技術(shù)狀況較好。

5 靜動載試驗問題與建議

根據(jù)上述靜動載試驗結(jié)論可知，理論計算模型與試驗結(jié)果相結(jié)合，能夠較好地反映結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)，尤其是墩塔梁固結(jié)的斜拉橋，基于有限元分析相對準確，但是誤差還是存在，在工程實際運用中，仿真分析又顯得繁瑣與不簡便，因此從數(shù)據(jù)的貼合度與精確性上來說，滿足工程使用。

筆者下一步嘗試基于構(gòu)件分析該斜拉橋數(shù)據(jù)分析，與實際檢測數(shù)據(jù)以及基于桿系單元分析的結(jié)果進行比較，在滿足工程實用與理論精確的臨界點尋求和諧統(tǒng)一。