中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
對(duì)某橋進(jìn)行了成橋的靜動(dòng)荷載試驗(yàn)及分析，測(cè)得各種力學(xué)性能指標(biāo)，與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，并按規(guī)范對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力做出了評(píng)價(jià)，確保橋梁的主體結(jié)構(gòu)處于良好的使用狀態(tài)，保證橋梁投入使用后的運(yùn)營(yíng)安全。
關(guān)鍵詞：靜荷載試驗(yàn)；動(dòng)荷載試驗(yàn)；力學(xué)性能
1 工程概況
某特大橋?yàn)橐蛔L(zhǎng)1550m的簡(jiǎn)支小箱梁橋，采用橋面連續(xù)的鋪裝形式，單孔跨徑25m，共62孔。該橋上部結(jié)構(gòu)橫斷面由4片小箱梁組成，梁高1.35m，梁寬2.5m，采用C50混凝土。橋?qū)?3.5m，橋面布置為0.75m（防撞墻）+12.0m（行車道）+0.75m（防撞墻）。
該橋設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為：汽車—超20級(jí)，掛車—120。
2 靜荷載試驗(yàn)
橋梁結(jié)構(gòu)靜荷載試驗(yàn)的目的，主要是測(cè)試橋梁結(jié)構(gòu)在與設(shè)計(jì)荷載或使用荷載相當(dāng)?shù)脑囼?yàn)荷載作用下的變形和內(nèi)力狀況，將測(cè)試結(jié)果與結(jié)構(gòu)按相應(yīng)荷載作用下的計(jì)算值與相關(guān)規(guī)定值做比較，從而判定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等力學(xué)性能，判斷橋梁結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。
2.1 靜荷載試驗(yàn)工況及測(cè)點(diǎn)布置 2.1.1 靜荷載試驗(yàn)工況
靜荷載試驗(yàn)首先要確定加載位置，即確定試驗(yàn)的加載工況。根據(jù)該橋的實(shí)際跨徑布置，并對(duì)其進(jìn)行理論計(jì)算，以跨中截面作為受力最不利截面，選取跨中截面作為試驗(yàn)的關(guān)鍵加載位置，同時(shí)確定靜荷載試驗(yàn)的2個(gè)工況。
工況1：按跨中截面正彎矩最不利進(jìn)行橫橋向偏心加載。 工況2：按跨中截面正彎矩最不利進(jìn)行橫橋向?qū)ΨQ加載。
同時(shí)各工況的試驗(yàn)荷載效率必須滿足規(guī)范要求，由《公路舊橋承載能力鑒定方法》（1988）規(guī)定，靜荷載試驗(yàn)效率為：
ηq=
Ss
S⋅(1+μ)
式中：Ss——靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；
S——控制荷載作用下控制截面最不利內(nèi)力計(jì)算值；
μ——按規(guī)范規(guī)定的沖擊系數(shù)。
靜荷載試驗(yàn)效率ηq采用0.8～1.05。按照該橋設(shè)計(jì)荷載汽—超20，掛—120標(biāo)準(zhǔn)，采用了6輛30噸車加載。實(shí)際加載效率如表1所示。
表1 各加載工況試驗(yàn)效率
根據(jù)等效荷載效應(yīng)的原則確定試驗(yàn)荷載。根據(jù)理論計(jì)算分析，以設(shè)計(jì)荷載效應(yīng)控制，按橋梁關(guān)鍵截面的內(nèi)力影響線進(jìn)行最不利加載，并保證達(dá)到規(guī)范[1]規(guī)定的荷載試驗(yàn)效率，以確定實(shí)際加載車輛的數(shù)目，確保荷載試驗(yàn)的效果。
最終，選取6輛3軸車作為加載車，每輛車總重各為300kN，前軸重60kN，兩個(gè)后軸各重120kN，6輛車的編號(hào)分別為1#、2#……6#。各輛車的幾何參數(shù)和各工況的荷載布置情況如圖1、圖2所示。
圖1 跨中加載汽車縱向布置圖（單位：cm）
圖2 偏心布載汽車荷載橫向布置圖（單位：cm）
圖3 對(duì)稱布載汽車荷載橫向布置圖（單位：cm）
2.1.2測(cè)點(diǎn)布置
各梁的撓度及應(yīng)力測(cè)點(diǎn)如圖4、圖5所示。
靜荷載試驗(yàn)在滿載情況下，工況1、2實(shí)測(cè)的撓度以及理論計(jì)算的撓度如表1所示，相應(yīng)的撓度曲線分別如圖6、圖7所示。
43210#墩
8765L/2
4#梁3#梁2#梁1#梁
12111091#墩
圖4 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖 圖5 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖
在試驗(yàn)進(jìn)行加載之前，為了檢查所有的試驗(yàn)裝置和測(cè)試裝置是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為了使橋梁結(jié)構(gòu)能夠處于正常的工作狀態(tài)，需要對(duì)橋梁進(jìn)行預(yù)加載。
2.3 靜荷載試驗(yàn)結(jié)果
在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成之后，即可正式進(jìn)行橋梁的靜荷載試驗(yàn)。在每一個(gè)工況的加載過程中，施行分級(jí)加載。每一個(gè)試驗(yàn)工況加載過程中，需要對(duì)控制截面的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，這些指標(biāo)主要包括主梁的撓度、應(yīng)力等。在加載過程中需要對(duì)加載孔跨的梁體外觀進(jìn)行觀測(cè)，查看是否有裂縫出現(xiàn)。在靜荷載試驗(yàn)中，滿載情況下的實(shí)測(cè)結(jié)果見表2、表3、圖6、圖7。
表2 工況1、2作用下各梁撓度檢測(cè)結(jié)果
表3 工況1、2作用下各梁應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在試驗(yàn)加載過程中，小箱梁梁底及腹板沒有出現(xiàn)裂縫。
由表2、表3數(shù)據(jù)分析可以得出：在試驗(yàn)荷載作用下，撓度和應(yīng)力的校驗(yàn)系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的相對(duì)殘余變位和相對(duì)殘余應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，表明該橋承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。
3 動(dòng)荷載試驗(yàn)
橋梁檢測(cè)動(dòng)荷載試驗(yàn)是動(dòng)力測(cè)定評(píng)價(jià)方法的基本測(cè)試項(xiàng)目，是為了滿足工程應(yīng)用的需要，應(yīng)用理論分析與試驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的科學(xué)方法解決橋梁振動(dòng)問題的必要手段，是橋梁檢測(cè)工作中的重要環(huán)節(jié)，其對(duì)橋梁使用狀況和承載力的評(píng)價(jià)提供了重要的數(shù)據(jù)參數(shù)。橋梁檢測(cè)中動(dòng)荷載試驗(yàn)的內(nèi)容主要是結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)載響應(yīng)的試驗(yàn)與分析，測(cè)量的主要部位是結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)最大的構(gòu)件，以及動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)變形的控制截面等。
動(dòng)荷載試驗(yàn)是為了測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性或在動(dòng)力荷載作用下的受迫振動(dòng)特性。其試驗(yàn)項(xiàng)目主要
包括脈動(dòng)試驗(yàn)、行車試驗(yàn)、跳車激振試驗(yàn)。
3.1 自振特性測(cè)試
自振特性的測(cè)試采用脈動(dòng)法，通過對(duì)拾振器拾取的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行譜分析，確定橋梁的自振頻率。分析所得結(jié)構(gòu)自振頻譜圖見圖8。
圖8 自振頻譜圖
3.2 動(dòng)荷載響應(yīng)測(cè)試
動(dòng)荷載響應(yīng)測(cè)試的主要目的是模擬在各種行車條件下，橋梁的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)以及實(shí)測(cè)橋梁的沖擊系數(shù)。本次試驗(yàn)主要進(jìn)行了跑車試驗(yàn)，采用近于檢算荷載（標(biāo)準(zhǔn)荷載）重車的單輛載重汽車來(lái)充當(dāng)試驗(yàn)荷載。試驗(yàn)時(shí)，單輛載重汽車以40km/h的速度勻速通過橋跨結(jié)構(gòu)，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)主要控制截面測(cè)點(diǎn)的動(dòng)撓度時(shí)間歷程響應(yīng)曲線，見圖9。
圖9 勻速40km/h跑車跨中動(dòng)撓度曲線
由圖8、圖9分析得出：該橋上部小箱梁的一階自振頻率為3.05Hz，二階自振頻率為5.63Hz；在車速為40km/h時(shí)的動(dòng)力系數(shù)為1.11。
4 結(jié)論
⑴ 靜荷載試驗(yàn)表明，在試驗(yàn)荷載作用下，該橋承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。
⑵ 動(dòng)荷載試驗(yàn)表明，在試驗(yàn)荷載作用下，該橋上部結(jié)構(gòu)小箱梁的一階自振頻率為3.05Hz，二階自振頻率為5.63Hz；車速為40km/h時(shí)的動(dòng)力系數(shù)為1.11。
