摘 要：本文以某市域鐵路的6 m×35 m無砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土道岔連續(xù)梁作為實(shí)例，針對預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的荷載試驗(yàn)展開了深入研究。借由靜載試驗(yàn)與動載試驗(yàn)，對橋梁的強(qiáng)度、剛度、自振特性以及動力系數(shù)等予以測試分析，進(jìn)而對其使用性能和承載能力做出了評估，同時為同類型的市域鐵路橋梁的日常維護(hù)和運(yùn)營管理提供了試驗(yàn)范例與參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，荷載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)，動載試驗(yàn)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-59442025.04.037

0 引 言

預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁因其結(jié)構(gòu)剛度大、行車平順性佳等突出優(yōu)勢，在市域鐵路橋梁建設(shè)中得到廣泛運(yùn)用。此外，為有效確保橋梁的運(yùn)營安全與可靠，定期開展荷載試驗(yàn)是極為關(guān)鍵的步驟。借助荷載試驗(yàn)，能夠精確檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的工作狀況與性能，進(jìn)而及時察覺潛在問題，保障橋梁的正常使用，這對維護(hù)交通運(yùn)輸?shù)陌踩珪惩ň哂兄匾饬x。然而，當(dāng)前橋梁荷載試驗(yàn)在公路、鐵路橋梁上的試驗(yàn)研究及理論分析相對較多，而針對市域鐵路連續(xù)橋梁的相關(guān)荷載試驗(yàn)研究卻較少。故而，本文立足于市域鐵路預(yù)應(yīng)力道岔連續(xù)箱梁，深入探究預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的荷載試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)并開展理論分析，這對于提升同類型橋梁的設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)水平具備重要的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價值[1-2]。

1 工程概況

1.1 橋梁基本信息

該橋梁全長209.8 m，邊支座中心至梁端為0.6m，截面中心線處梁高2.35 m，橋面寬度為22.1 m，線間距（5.25+5+5.25）m。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）設(shè)計(jì)速度：≤140 km/h；

（2）路線情況：直線，兩線變四線道岔梁，正線間距5.25+5+5.25 m；

（3）軌道形式：無砟軌道，普通減震。

1.3 上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)采用等高連續(xù)箱梁，梁頂最低點(diǎn)處梁高2.25 m，箱梁頂板寬22.1 m，箱梁橫截面為單箱三室斜腹板，頂板厚35 cm，腹板厚50 cm，底板厚30cm，在支點(diǎn)處局部加厚；下部結(jié)構(gòu)則采用柱接蓋梁式橋墩，支座為盆式支座。

2 靜載試驗(yàn)及結(jié)果分析

橋梁靜載試驗(yàn)是測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的位移和應(yīng)力應(yīng)變變化，它是了解橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作性能（如結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度等）最直接有效的辦法[3]。

2.1 測試截面確定及測點(diǎn)布置

本文先通過橋梁有限元分析軟件Midas/Civil構(gòu)建預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的整體空間荷載模型，并依據(jù)其結(jié)構(gòu)布置以及受力特性，模擬計(jì)算預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的彎矩包絡(luò)圖，進(jìn)而據(jù)此確定測試截面的位置，位置如圖1所示。

現(xiàn)場橋梁根據(jù)控制截面布置應(yīng)變測點(diǎn)及位移撓度測點(diǎn)（棱鏡），應(yīng)變采用應(yīng)變計(jì)測量，位移撓度采用全站儀測量，其應(yīng)變布置及編號如圖2所示，位移撓度布置位置則同圖2中的應(yīng)變處。

2.2 試驗(yàn)加載方案

本試驗(yàn)為模擬市域鐵路橋梁運(yùn)營過程中的實(shí)際工況，特選取運(yùn)營車輛進(jìn)行加載試驗(yàn)，且根據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》要求，荷載試驗(yàn)的荷載效率η應(yīng)達(dá)到0.8≤η≤1.00或不小于現(xiàn)行最大運(yùn)行荷載。為確保試驗(yàn)的有效性，本次試驗(yàn)采用2列AW0車型（4輛編組）作為試驗(yàn)加載車輛（四道岔），并將車輛總重量加至AW3狀態(tài)（最大運(yùn)行荷載），按照最不利位置進(jìn)行加載。試驗(yàn)加載列車軸重和總重見表1。

根據(jù)預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的彎矩包絡(luò)圖，按其最不利位置加載，選用加載車輛作用于相應(yīng)測試斷面影響數(shù)值較大處。本次試驗(yàn)設(shè)置加載工況、試驗(yàn)車輛布置如圖3、圖4所示。

2.3 靜載試驗(yàn)測試結(jié)果

2.3.1 應(yīng)變測試結(jié)果

表2中相對殘余、校驗(yàn)系數(shù)只針對主要測點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，腹板等非主要測點(diǎn)不計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)。

各工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試結(jié)果表明，應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)范圍為0.64～0.91，滿足相關(guān)規(guī)定。

2.3.2 撓度測試結(jié)果

各工況下控制截面位移撓度測試結(jié)果表明，撓度校驗(yàn)系數(shù)范圍為0.67～0.87；該橋?qū)崪y跨中撓度與跨度的比值范圍為1/35000～1/15909，滿足相關(guān)規(guī)定。綜上所述，該橋強(qiáng)度能滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)荷載的運(yùn)營要求，試驗(yàn)跨整體豎向剛度滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

3 動載試驗(yàn)及結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)自振特性測試

3.1.1 理論分析與計(jì)算

該市域鐵路橋梁為六跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，本文借助有限元分析軟件Midas/Civill建立結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行模態(tài)分析，得出結(jié)構(gòu)前三階自振頻率結(jié)果和振型變化情況，結(jié)果見表4。

3.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容及測點(diǎn)布置

通過測定橋梁由風(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機(jī)激勵引起的微幅振動來識別結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)，對連續(xù)梁測試出前三階自振頻率及振型，測點(diǎn)布置在箱梁內(nèi)部，每一跨布置3個，采用加速度傳感器和動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)進(jìn)行測量。

3.1.3 試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)測振型采用脈動法測試，得出前三階豎向振動頻率及阻尼比，以及相應(yīng)振型示意圖，如圖6和圖7所示。

3.1.4 結(jié)構(gòu)自振特性分析

自振頻率與結(jié)構(gòu)剛度有著明確的關(guān)系，利用自振頻率評價結(jié)構(gòu)的剛度具有較高的可靠性，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺損時，一般自振頻率會降低，振型出現(xiàn)變異。通過比較理論頻率及實(shí)測頻率，表明該橋?qū)嶋H整體剛度大于理論剛度如表5所示。

3.2 動力系數(shù)測試結(jié)果分析

3.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及測點(diǎn)布置

在試驗(yàn)過程中，為模擬市域鐵路道岔橋梁的實(shí)際運(yùn)營工況，選取兩輛列車（兩線變四線道岔梁）以各異的速度勻速通過該橋跨結(jié)構(gòu)，并通過測定橋跨結(jié)構(gòu)主要控制截面測點(diǎn)的動應(yīng)變時間歷程曲線，計(jì)算橋梁的動力系數(shù)。動應(yīng)變測點(diǎn)布置在控制截面底板中部。

3.2.2 跑車試驗(yàn)測試結(jié)果

跑車試驗(yàn)中，車輛速度分為10、20、30 km/h三種工況，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示（選取20 km/h的應(yīng)變時程曲線作為代表）。

最終測試結(jié)果表明，該橋?qū)崪y中跨跨中沖擊系數(shù)平均值μ=0.108，最大沖擊系數(shù)μ=0.201，均低于理論動力系數(shù)（μ=0.255），說明橋梁結(jié)構(gòu)整體平順。

4 結(jié) 語

（1）該橋靜載試驗(yàn)表現(xiàn)優(yōu)異，強(qiáng)度和剛度性能良好，撓度與應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)合理，滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，能在正常使用荷載下安全可靠工作。

（2）動載試驗(yàn)結(jié)果表明，該橋自振特性良好，實(shí)際整體剛度大于理論剛度，橋梁結(jié)構(gòu)平順，動力系數(shù)低于理論值，對橋梁的穩(wěn)定性和舒適性意義重大。

（3）綜合靜載和動載試驗(yàn)的結(jié)果，預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁的整體工作性能良好，承載能力滿足設(shè)計(jì)荷載的要求，為橋梁的日常養(yǎng)護(hù)和運(yùn)營管理提供了強(qiáng)有力的支持，也為市域鐵路橋梁的設(shè)計(jì)和檢測提供了參考。然而，值得注意的是，橋梁的性能與安全性并非僅由單次荷載試驗(yàn)決定，而是需要長期的監(jiān)測與維護(hù)來共同保障。在使用過程中，應(yīng)定期進(jìn)行檢查和養(yǎng)護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問題，以確保橋梁的安全和正常運(yùn)行[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]余隆，許蔚，位東升，等.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁橋荷載試驗(yàn)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2022（5）：48.

[2]鄧潔，李曉林，曹峰.基于荷載試驗(yàn)的橋梁檢測分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2022（12）：159-161.

[3]胡錦周.道路橋梁荷載試驗(yàn)及承載性能的分析[J].中國水運(yùn)，2021，21（12）：102-103.

[4]朱強(qiáng).預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋荷載試驗(yàn)研究[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2023（35）：108-110.

作者簡介

武相坤，本科，高級工程師，研究方向?yàn)闃蛄号c隧道施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：劉憲銀）