王翔

(佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站有限公司， 廣東 佛山 528041)

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力砼單塔雙索面斜拉橋，主橋橋跨布置為(56+94+180) m。主橋采用H形砼橋塔，為塔梁固結(jié)體系，橋塔處固結(jié)，輔助墩、過渡墩頂設(shè)縱向、雙向活動(dòng)支座。主塔塔身由塔座、下塔柱、下塔柱橫梁、中塔柱、上塔柱、上塔柱橫梁等組成。引橋?yàn)楹喼w系，先簡支后橋面連續(xù)。每側(cè)橋面布置52根斜拉索，全橋共104根。

2 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用橋梁分析軟件MIDAS/Civil建立該獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力砼斜拉橋有限元模型(見圖1)，通過控制截面試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比分析，根據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)橋梁承載能力及工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 全橋MIDAS/Civil計(jì)算模型

通過軟件計(jì)算試驗(yàn)荷載作用下各工況試驗(yàn)彎矩，并與控制值比較，獲得試驗(yàn)荷載效率(見表1)。在滿足試驗(yàn)要求的前提下盡可能減少加載量，適當(dāng)合并加載工況。采用單車總重P=350 kN的車輛加載，荷載試驗(yàn)控制截面布置見圖2，荷載效率取值為0.85～1.05。

表1 荷載試驗(yàn)控制截面荷載效率

圖2 荷載試驗(yàn)控制截面位置示意圖(單位：m)

3 橋梁靜載試驗(yàn)分析

3.1 撓度

撓度測(cè)點(diǎn)沿試驗(yàn)橋跨兩側(cè)的支點(diǎn)位置、1/4位置和跨中位置布置，主跨測(cè)點(diǎn)在1/8位置和控制截面加密布置(見圖3)。

圖3 撓度測(cè)點(diǎn)布置(單位：m)

控制截面實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度見表2。其中校驗(yàn)系數(shù)η=Se/Ss，相對(duì)殘余ΔSp=Sp/St×100%。

表2 實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度比較

由表2可知：A截面最大正彎矩中載、偏載實(shí)測(cè)撓跨比分別為0.010 15/94=1.08×10-4、0.014 36/94=1.53×10-4(見圖4、圖5)，D截面最大撓度中載、偏載實(shí)測(cè)撓跨比分別為0.063 49/180=3.53×10-4、0.073 25/180=4.07×10-4，均小于1/500=2.0×10-3，滿足規(guī)范要求。

圖4 A截面實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度比較

圖5 D截面實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算撓度比較

3.2 應(yīng)變

在A、B、C截面布設(shè)18個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，E截面布設(shè)20個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，塔腳布設(shè)20個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)(見圖6、圖7)，測(cè)試各截面的應(yīng)變，結(jié)果見表3。

圖6 主梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(單位：cm)

圖7 塔腳應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(單位：cm)

由表3可知：除B截面最大正彎矩偏載工況外，其他截面工況下應(yīng)變效驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范中預(yù)應(yīng)力砼橋應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.60～0.90、相對(duì)殘余應(yīng)變≤20%的要求。B截面最大正彎矩偏載截面底板彈性應(yīng)變均值Se為13.7 με，理論應(yīng)變Ss為23.9 με，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)η=Se/Ss=0.573<0.60～0.90，不滿足要求；最大應(yīng)變均值St為15.7 με，對(duì)應(yīng)殘余應(yīng)變Sp為2.0 με，相對(duì)殘余應(yīng)變?chǔ)p=Sp/St×100%=12.7%≤20%，滿足要求。B截面最大正彎矩偏載應(yīng)變見圖8。

圖8 B截面實(shí)測(cè)最大應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較

表3 實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變比較

如圖9所示，擬合中性軸高度為172.40 cm，與理論計(jì)算值209.00 cm的相對(duì)誤差為17.51%，實(shí)測(cè)擬合中性軸高度比理論計(jì)算中心軸高度低；最大試驗(yàn)荷載作用下，實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度呈線性變化，線性相關(guān)系數(shù)r為0.978 3，符合平截面假定(n=4，置信度大于95%)。

圖9 最大試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測(cè)應(yīng)變沿截面高度的分布

3.3 主塔塔頂、主梁梁端水平位移

在主塔塔頂布置位移測(cè)點(diǎn)T1、T2，并安裝一個(gè)棱鏡，采用徠卡TM50全站儀觀測(cè)塔頂位移。主梁梁端布置水平位移測(cè)點(diǎn)N1、N2，采用百分表測(cè)量梁端位移(見圖10)。試驗(yàn)荷載作用下塔頂實(shí)測(cè)水平位移見表4，主梁梁端實(shí)測(cè)水平位移見表5。

圖10 主塔塔頂、主梁梁端水平位移測(cè)點(diǎn)布置

表4 塔頂實(shí)測(cè)水平位移與理論計(jì)算位移比較

表5 主梁梁端實(shí)測(cè)水平位移與理論計(jì)算位移比較

由表4可知：塔頂水平位移測(cè)點(diǎn)T1、T2的實(shí)測(cè)彈性變形均值Se為20.59 mm，對(duì)應(yīng)理論計(jì)算變形Ss為22.44 mm，校驗(yàn)系數(shù)η=Se/Ss=0.917，滿足撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.70～1.00的要求；實(shí)測(cè)最大水平位移均值St為20.00 mm，對(duì)應(yīng)殘余撓度Sp為-0.59 mm，相對(duì)殘余撓度ΔSp=Sp/St×100%=-3.0%≤20%，滿足要求。

由表5可知：試驗(yàn)工況下主梁梁端M截面無顯著縱向位移。

3.4 最大索力

測(cè)試主跨P16～P18拉索(位于第11跨)的索力，左右各3根。在拉索上安裝索力傳感器，采用振動(dòng)法測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下索力增量，并與MIDAS/Civil計(jì)算索力增量進(jìn)行對(duì)比。實(shí)測(cè)索力增量與計(jì)算索力增量見表6，最大索力工況安全系數(shù)見表7。

表6 實(shí)測(cè)索力增量與理論計(jì)算索力增量比較

表7 最大索力工況安全系數(shù)

從表7可看出：最大試驗(yàn)荷載作用下，Z-P17、Y-P17拉索的索力增量略大于理論值(拉索實(shí)測(cè)索力的安全系數(shù)大于2.6)，其余拉索的索力增量符合規(guī)范要求。

4 橋梁動(dòng)載試驗(yàn)

4.1 脈動(dòng)試驗(yàn)

該橋?yàn)橹睒?，橋梁以豎向振動(dòng)為主。全橋共布置26個(gè)測(cè)點(diǎn)(包括1個(gè)參考點(diǎn))，分9批次進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集。拾振器盡量避免布置在理論計(jì)算振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)位置。主橋振動(dòng)測(cè)試結(jié)果見表8，振型見圖11。

表8 主橋結(jié)構(gòu)自振頻率及振型測(cè)試結(jié)果

4.2 受迫振動(dòng)試驗(yàn)

(1) 無障礙行車試驗(yàn)。采用2輛約35 t的重車勻速并排通過橋面，利用跨中布置的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)現(xiàn)場條件，采用10～50 km/h的行駛速度進(jìn)行測(cè)試。不同速度下沖擊系數(shù)見表9。由表9可知：在10～50 km/h行車速度下，第11跨實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)均小于理論沖擊系數(shù)，結(jié)構(gòu)沖擊效應(yīng)無明顯異常。

表9 無障礙行車時(shí)不同行車速度下第11跨沖擊系數(shù)

(2) 有障礙行車試驗(yàn)。采用弓形板模擬橋面坑洼進(jìn)行有障礙行車試驗(yàn)。采用2輛約35 t的重車勻速并排同步越過橋面測(cè)試截面7 cm高的弓形板，利用跨中布置的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。采用10～30 km/h的行駛速度進(jìn)行測(cè)試。不同速度下沖擊系數(shù)見表10。由表10可知：第11跨在10～30 km/h有障礙行車試驗(yàn)中的最大沖擊系數(shù)為0.042，大于無障礙行車試驗(yàn)的0.025，說明橋面坑槽、不平順等會(huì)加大車輛對(duì)橋梁的沖擊作用。

表10 有障礙行車時(shí)不同行車速度下第11跨沖擊系數(shù)

5 結(jié)論

(1) 該橋在靜載試驗(yàn)各主要控制工況下的校驗(yàn)系數(shù)及殘余變形、主塔塔頂水平位移、索力增量等均滿足規(guī)范要求，試驗(yàn)橋跨工作狀況良好，主要受力構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)。

(2) 在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)橋跨實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型基本相符，實(shí)測(cè)頻率大于理論頻率，結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度；實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)小于理論沖擊系數(shù)，橋面平整度良好，橋跨結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力強(qiáng)。

(3) 該橋在荷載作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，受力合理，工作狀況正常，承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載要求。