摘要 荷載試驗通過測量橋梁應(yīng)變、撓度、固有特性及動力響應(yīng)等參數(shù)，能直觀反映橋梁性能、工作狀態(tài)、設(shè)計合理性及檢驗施工質(zhì)量，對結(jié)構(gòu)的承載能力做出綜合評價。以一座三跨連續(xù)剛構(gòu)橋為例，通過MIDAS有限元分析軟件，計算設(shè)計荷載作用下的理論值和試驗荷載等效值，與實測結(jié)果相比較，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)可靠性，為即將投入使用的橋梁的運行和養(yǎng)護提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 連續(xù)剛構(gòu);荷載試驗;撓度應(yīng)力;自振特性

中圖分類號 U448.23 文獻標志碼 A

1工程概況

某大橋主橋上部構(gòu)造為（97+178+97）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用C60混凝土箱梁，箱梁根部梁高11.2m，跨中梁高3.6m，箱梁頂板厚度除0#塊部分為0.45m外，其余梁段為0.28m，底板厚從跨中至根部由32cm變化為120cm，箱梁高度和底板厚度按1.8次拋物線變化。箱梁頂板寬12m，底板寬6.5m，翼緣板懸臂長度2.75m。主墩墩身采用C50混凝土，墩高最大為132m，墩身采用雙肢變截面矩形空心墩，肢間凈距8m。橋面寬度：0.5m防撞護欄+11.00m車行道+0.5m防撞護欄，設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級。

2試驗內(nèi)容

荷載試驗分為靜載試驗和動載試驗兩部分，橋梁靜載試驗主要是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下各控制截面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形及結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展情況，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符，它是檢驗橋梁性能及工作狀態(tài)（如結(jié)構(gòu)的強度、剛度）、驗證設(shè)計理論、檢驗施工質(zhì)量最直接、最有效的辦法之一。動載試驗通過脈動試驗及行車試驗，測定橋梁結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的自振特性和結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)等參數(shù)，反映結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)［3］。

2.1靜載試驗內(nèi)容

為充分反映橋梁在邊跨、墩頂及中跨最不利控制截面強度和剛度等情況，靜載試驗設(shè)置3個工況，如圖1所示。

（1）工況1：邊跨主梁最大正彎矩及撓度工況（A-A控制截面）。

（2）工況2：墩頂截面主梁最大負彎矩工況（B-B控制截面）。

（3）工況3：中跨跨中截面主梁最大正彎矩及撓度工況（C-C控制截面）。

2.1.1撓度測試

本次撓度和支點沉降測點布置于橋面，縱橋向撓度測點布置如圖2所示，橫向沿車行道上下游邊緣線分別布置測點，采用全站儀進行測量。

2.1.2應(yīng)變測試

應(yīng)變控制截面為A-A/B-B/C-C3個截面，應(yīng)變測試方式采用在混凝土表面粘貼應(yīng)變片，每個截面布置5個測點［4］，采用無線信號測試分析系統(tǒng)DH3809進行測量，。測試截面應(yīng)變測點布置如圖3所示。

2.1.3裂縫觀測

荷載試驗過程中，對橋梁外觀檢測存在裂縫構(gòu)件進行監(jiān)測，監(jiān)測荷載試驗過程中裂縫變化情況，并監(jiān)測控制截面附近是否有裂縫產(chǎn)生，通過已有裂縫的發(fā)展情況及是否有新裂縫產(chǎn)生來判斷結(jié)構(gòu)的抗裂性能［2］。

2.2動載試驗

動載試驗通過脈動試驗及行車試驗，測定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。

2.2.1脈動試驗

采用脈動法進行自振特性測試，由拾振器采集信息，經(jīng)電荷放大到磁帶機內(nèi)，過對脈動波形進行頻譜分析，得到脈動時橋梁的自振頻率。

2.2.2行車試驗

2.2.2.1無障礙行車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，用一輛載重汽車分別以5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度往返通過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋梁在運動車輛荷載作用下C-C截面的動力響應(yīng)［1］。

2.2.2.2有障礙行車試驗

跳車試驗主要針對試驗跨跨中截面進行，采用一輛載重汽車分別以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h的速度跨越設(shè)在C-C截面的障礙物，模擬橋面鋪裝局部損傷狀態(tài)，以測定橋跨結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時運行車輛荷載作用下的動力響應(yīng)［1］。

3有限元模型分析

該橋采用有限元軟件建立平面桿系模型進行計算分析。主梁和橋墩均采用梁單元模擬，墩底設(shè)置固定支座，墩柱和主梁之間連接采用剛性連接，限制轉(zhuǎn)動和平動自由度，邊跨梁端設(shè)置活動自由度，限制豎向方向平動自由度。有限元模型共離散劃分為242個節(jié)點，239個單元，有限元模型如圖4所示。

通過有限元模型計算設(shè)計荷載作用下內(nèi)力，根據(jù)荷載等效原則，采用控制截面的靜載試驗效率系數(shù)0.85～1.05進行控制，計算荷載試驗車輛布置，本次荷載試驗加載效率系數(shù)如表1所示。

4試驗結(jié)果

4.1靜載實驗結(jié)果

在試驗荷載作用下，應(yīng)變測試結(jié)果如表2所示，應(yīng)變校驗系數(shù)在0.56～0.91之間，測試斷面混凝土相對殘余應(yīng)變均小于20％，卸載后應(yīng)變都恢復(fù)良好，表明橋梁結(jié)構(gòu)處于彈性階段。

在試驗荷載作用下，撓度測試結(jié)果如表3所示，試驗撓度值均小于理論計算值，撓度校驗系數(shù)在0.54～0.86之間，卸載后撓度都恢復(fù)良好，相對殘余變形均小于20%。說明大橋的抗彎剛度較好［1］。

4.2動載試驗小結(jié)

4.2.1行車試驗

行車試驗測定結(jié)構(gòu)在動荷載作用下沖擊系數(shù)，測試結(jié)果如表4所示，測得無障礙行車試驗沖擊系數(shù)在1.01～1.042之間，小于理論計算值1.05，有障礙行車沖擊系數(shù)在1.15～1.22之間，較無障礙行車沖擊系數(shù)明顯增大。

4.2.2脈動試驗

根據(jù)有限元模型計算分析，理論計算一階豎向振型如圖5所示，脈動試驗測得該橋一階豎向振動頻譜如圖6所示。實測基頻1.074Hz大于理論計算值0.873Hz，表明實際結(jié)構(gòu)剛度指標較好。

5結(jié)論

（1）試驗荷載作用下，試驗撓度值、應(yīng)變值均小于理論計算值，撓度校驗系數(shù)在0.54～0.86之間，應(yīng)變校驗系數(shù)在0.56～0.91之間。相對殘余變形和相對殘余應(yīng)變均小于20%。說明橋梁試驗荷載作用下，處于彈性工作狀態(tài)［1］。橋梁的抗彎剛度和強度較好，能滿足設(shè)計荷載要求。

（2）靜載實驗過程中，對結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)展趨勢進行觀察，結(jié)果表明，在加載至最不利荷載后未發(fā)現(xiàn)裂縫開展情況。

（3）脈動試驗得到實測結(jié)構(gòu)基頻大于理論計算值，說明橋梁結(jié)構(gòu)的實際固有剛度較好。

（4）通過行車和跳車實驗，得到了勻速行車荷載沖擊系數(shù)，無障礙行車沖擊系數(shù)小于理論計算值。實測跳車沖擊系數(shù)較無障礙行車理論沖擊系數(shù)明顯增大，因此在橋梁的運營管理過程中應(yīng)注意對橋面鋪裝的養(yǎng)護，避免橋面鋪裝損壞造成不利影響。

參考文獻

［1］公路橋梁荷載試驗規(guī)程：JTG/TJ21-01-2015［S］.北京：人民交通出版社，2016.

［2］何佳，冉舵兵，梁波，等.某連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗［J］.中外公路，2020，40（5）：150.

［3］劉亮，伍金華，張保俊.連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗分析［J］.湖南交通科技，2010，36（3），59-60.

［4］韋作明，姚遠.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋荷載試驗分析［J］.橋隧工程，2014（6），45-48.