潘文超，袁勝濤，游鵬升，聶良鵬，許鵬

(云南通衢工程檢測有限公司，云南 昆明 650041)

過橋車輛超載在中國十分普遍，橋梁超負荷運營會增加橋梁損傷概率。常通過荷載試驗了解橋梁的真實受力狀況，評估其承載能力，如楊松等對某三跨簡支變連續(xù)小箱梁橋進行了靜載試驗；周宏宇等對城際軌道交通高架橋進行了車行疲勞累積損傷試驗研究；王燕等對新建變截面連續(xù)箱梁橋進行了靜動載試驗與性能評價；劉大鵬對變截面預應力混凝土箱梁橋進行了荷載試驗分析；Demeke B.等對斜交小箱梁動力特性進行了試驗分析；Mohseni Iman等研究了中橫隔板對多室箱梁荷載橫向分布的影響；楊美良等通過荷載試驗研究了組合式小箱梁橋荷載橫向分布；鐘小軍通過空間有限元計算和荷載試驗，分析了裝配式小箱梁橋荷載橫向分布。該文通過荷載試驗分析直腹式帶翼小箱梁橋在荷載作用下的承載能力。

1 工程概況

某直腹式帶翼小箱梁橋，上部結構由6片20 m預應力混凝土箱梁組成，橋跨連接為簡支變連續(xù)，各箱梁之間橫向無橫隔梁連接，腹板為直腹式；下部結構由肋板橋臺、雙柱橋墩和墩臺樁基礎組成。全長60 m，共三跨；橋梁總寬為0.5 m+10 m+0.5 m；梁高為1.8 m。橋面鋪裝由10 cm厚C50混凝土和無機防水層組成，橋面橫坡為2%，設計荷載等級為公路-Ⅰ級。

2 靜載試驗

2.1 靜載試驗原則

靜載試驗主要測試橋梁上部主體結構各控制截面測點的應變、位移及卸載后殘余應變和殘余變形，評價橋梁主體結構性能。采用載重汽車模擬設計荷載，在梁體結構控制截面內力影響線最不利位置加載，使其試驗荷載效率系數滿足規(guī)范要求。通過計算分析確定靜載試驗所需載重車的重量，載重車軸距見圖1。

圖1 試驗車輛示意圖(單位：cm)

應變測試：應變片布置于測試截面箱梁底部和箱梁腹板，其電阻為120 Ω，靈敏度系數為2.08，標距為10 cm。采用DH3819無線靜態(tài)應變測試儀回收數據。

撓度測試：在各控制截面箱梁頂部布設撓度測點，采用徠卡全站儀測量橋梁撓度。

2.2 測試截面及測點布置

根據受力最不利原理，選擇1#跨作為測試跨，主要測試1#跨J1、J2截面各主梁的應力及變形，測試截面布置見圖2。在各控制截面箱梁底部和5#梁側面布設應變測點，沿大里程方向，從左往右，J1斷面布設18個應變測點，J2斷面布設12個應變測點，其中J2斷面腹板未設置應變測點；在各控制截面底部布設撓度測點(見圖3)。

圖2 測試截面布置(單位：cm)

圖3 各控制截面應變和撓度測點布置(單位：cm)

2.3 荷載布置與測試工況

在1#跨J1和J2截面依次進行加載，每個截面沿橫向布置2輛加載車，加載方式分為中載和偏載；每個截面縱向加載車以相同的方式布置，其中梁端剪力截面加載方式為偏載。結構計算按公路-Ⅰ級在最不利位置布載，取控制截面最大正彎矩加載截面的控制值。荷載試驗工況見表1。

表1 荷載試驗工況

2.4 靜載試驗效率

根據控制內力等效原則選擇測試車數量和軸重，使靜載效率ηq為0.85～1.05，滿足公路-Ⅰ級荷載效應要求。該橋靜載效率值見表2。

表2 靜載試驗荷載效率系數

2.5 試驗結果分析

2.5.1 梁底應變測試結果分析

各工況下1#～6#梁底測點的應變測試值Se、理論值Ss、殘余值Sp和相對殘余應變值S′p見表3。由表3可知：各工況下各測點的應變校驗系數η為0.46～0.90，說明橋梁結構和材料均符合設計要求，結構整體工作性能良好；相對殘余應變最大值為8.33%，小于規(guī)范允許值20%，說明該橋整體剛度有一定余量，橋梁上部結構處于彈性變形階段。綜上，在受力作用下，各測試截面無異常，橋梁整體處于正常受力狀態(tài)。

表3 實測應變與理論應變的比較

續(xù)表3

各測點彈性應變與理論彈性應變對比見圖4。由圖4可知：不同荷載作用下，各截面的測試應變沿橋橫向變化規(guī)律與計算值一致，且測試值均小于理論值，說明該橋橫向力傳遞正常，橋梁整體剛度分布較均勻。

圖4 各工況下理論彈性應變與實測彈性應變對比

2.5.2 梁體側面應變測試結果分析

試驗荷載作用下5#梁腹板的應變測試結果見表4。根據測試應變沿梁高度的分布，分析5#梁中性軸的高度及工作狀況，結果見圖5。

表4 5#梁側面實測應變-梁高比較

由圖5可知：5#梁測試應變分布沿梁高具有良好的線性關系，梁腹板截面的變形符合平面假設，說明5#梁在車輛荷載作用下處于彈性變形階段；根據線性回歸方程，5#梁測試中性軸與梁底距離為122.15 cm，理論計算中性軸高度為111.06 cm，兩者存在一定偏差，原因是橋面鋪裝、混凝土護欄等參與受力，屬于正常現象。

圖5 實測彈性應變-梁高分布

2.5.3 撓度測試結果分析

表5 實測撓度與理論撓度比較

各測點彈性撓度與理論彈性撓度對比見圖6。由圖6可知：各工況下各測點的彈性撓度值與理論彈性撓度值沿橋橫向變化基本一致，且實測彈性撓度均小于理論彈性撓度，表明結構整體橫向傳力正常，剛度分配較均勻。工況1和工況3下6#梁實測彈性撓度降低，這是由混凝土護欄參與主梁受力所引起，屬于正?，F象。

圖6 各工況下理論彈性撓度與實測彈性撓度對比

3 動載試驗

3.1 試驗方案

動力荷載試驗主要包括脈動試驗和跑車試驗。脈動測試采用DH5907N無線模態(tài)測試儀測試橋梁自振特性。跑車試驗采用DH5908動態(tài)信號測試儀收集和分析動應變，采用1輛950 kN的特重汽車以10～30 km/h的速度沿行車道中心線勻速過橋，在移動荷載下測試橋梁上部結構的動應變。

3.2 自振特性測試結果分析

根據環(huán)境激振下橋梁的動態(tài)響應信號和跑車試驗的余振信號，可得出橋梁的自振特性和阻尼比。該橋自振基本頻率測試值與有限元軟件計算值見表6。

表6 脈動試驗結果與計算值對比

由表6可知：實測基頻高于理論固有基頻，表明結構剛度高于理論剛度；1階、2階豎彎實測基頻與理論基頻的比值分別為1.143、1.085，滿足≥0.9的要求，該橋整體結構剛度較強；1階、2階測試豎彎振型與理論振型吻合較好，阻尼比很小，表明橋梁整體性能良好，結構具有較強的抗衰減能力。

3.3 沖擊系數測試結果分析

選擇1#跨J1、J2截面的3#梁、4#梁進行跑車試驗，測試車輛荷載作用下橋梁上部結構的動態(tài)應變，根據動態(tài)應變的峰值和谷值計算應變沖擊系數，結果見表7。根據理論計算基頻，該橋理論計算沖擊系數μ=0.39。

表7 沖擊系數測試值

由表9可知：隨著車速的提高，沖擊系數遞增，但變化很小，最大沖擊系數為1.27，相應動應變增量為0.27，小于理論計算值0.39，橋面行車舒適。

4 結論

(1) 各工況下橋梁靜載效率為0.94～0.98，在規(guī)范允許值0.85～1.05范圍內。

(2) 各工況下偏載和中載撓度校驗系數為0.56～0.98，應變校驗系數為0.46～0.90，表明橋梁整體剛度較大且具有一定富余。

(3) 各工況下測試截面10個測點的相對殘余變形和殘余應變均為零，相對殘余應變和殘余變形最大值分別為8.33%、2.94%，都未超出20%的規(guī)范極限值，表明該橋整體處于彈性工作狀態(tài)，整體剛度較大。

(4) 根據動載試驗結果，該橋豎向1階、2階振動實測頻率與理論頻率的比值分別為1.143、1.085，滿足規(guī)范≥0.9的要求；動態(tài)應變增量為0.27，小于理論計算值0.39，表明橋面行車舒適，橋梁結構滿足承載力要求。