預(yù)應(yīng)力連續(xù)T 梁靜動(dòng)載試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)評定

李 輝

(遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，遼寧錦州 121000)

1 橋梁概況

為了全面檢測預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁的強(qiáng)度、剛度和承載能力并進(jìn)行綜合評定，對該大橋進(jìn)行靜動(dòng)載試驗(yàn)是非常全面而且有效的辦法［1］。全橋孔跨布置為(4×40 m)+(3×40 m)+(3×40 m)+(42 m+70 m+42 m)+(4×40 m)+(4×40 m)，其中(42+70+42)m部分采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。橋梁荷載等級為公路Ⅰ級，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級為一級。圖1為連續(xù)T梁立面圖。

圖1 連續(xù)T梁立面圖（單位：m）

2 數(shù)值模擬分析

大橋采用midas civil進(jìn)行建模計(jì)算。首先在修正模型基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)營荷載組合計(jì)算，得到相應(yīng)最不利斷面，確定實(shí)驗(yàn)和檢測斷面。實(shí)驗(yàn)前計(jì)算出各控制斷面的內(nèi)力影響線以確定加載車輛及如何布置。接下來根據(jù)具體的加載方案利用有限元軟件計(jì)算得出在荷載作用下各測點(diǎn)的撓度、應(yīng)變值和橋梁的自振頻率。圖2為橋梁的有限元模型。

圖2 結(jié)構(gòu)有限元模型圖

3 靜載試驗(yàn)

3.1 測點(diǎn)布置

根據(jù)規(guī)定［2］，選擇如下項(xiàng)目作為主要加載測試項(xiàng)目:試驗(yàn)加載截面為1～4截面，具體布置見圖3。

圖3 試驗(yàn)加載截面布置圖

1)撓度測點(diǎn)。應(yīng)用全站儀對撓度檢測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，在第一孔跨中位置共布置6個(gè)撓度監(jiān)測點(diǎn)，位置見圖4。2)應(yīng)變測點(diǎn)。共布置11個(gè)混凝土應(yīng)變監(jiān)測點(diǎn)，分別在跨中、L/4截面箱梁內(nèi)部布置混凝土應(yīng)變計(jì)。具體位置見圖4～圖7。

3.2 靜載試驗(yàn)加載工況

根據(jù)規(guī)定［2］，靜力試驗(yàn)荷載可按控制內(nèi)力、應(yīng)力或變位等效原則確定。靜力荷載試驗(yàn)效率介于0.95～1.05之間。經(jīng)過等效計(jì)算，確定選6輛45 t重車進(jìn)行加載試驗(yàn)。經(jīng)過分析后確定分2個(gè)加載工況進(jìn)行加載。工況一為對跨中截面最大正彎矩對稱加載;工況二為對支點(diǎn)截面最大負(fù)彎矩對稱加載。各工況加載效率均在95%以上。試驗(yàn)過程按照分級控制加載的方式進(jìn)行加載，采用一次慢速有序方式加載。

圖4 測試斷面1撓度計(jì)布置示意圖

圖5 測試斷面1應(yīng)變傳感器布置示意圖

圖6 測試斷面4應(yīng)變傳感器布置示意圖

圖7 測試斷面3應(yīng)變傳感器布置示意圖

3.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

靜力荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)，是試驗(yàn)荷載作用下測點(diǎn)的實(shí)測彈性變位或應(yīng)變值與相應(yīng)的理論計(jì)算值的比較，見表1。

表1 撓度結(jié)果匯總表

可見，在試驗(yàn)加載滿載下，實(shí)測最大撓度為5.21 mm(向下)，卸載后橋跨結(jié)構(gòu)恢復(fù)良好。實(shí)測撓度分布總體上與理論分布趨勢基本一致，撓度顯著區(qū)段的撓度實(shí)測值均小于計(jì)算值。各工況加載下?lián)隙软憫?yīng)顯著截面的撓度結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)在0.595～0.740之間，與同類橋梁相比，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)分布正常。

由檢測應(yīng)變結(jié)果可知，各工況加載下試驗(yàn)截面控制部位應(yīng)力結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)在0.695～0.929之間。試驗(yàn)加載中出現(xiàn)的最大實(shí)測拉應(yīng)變(增量)為 61 με，最大壓應(yīng)變(增量)為 －10 με，應(yīng)變增量值較小。卸載后應(yīng)變恢復(fù)正常。

4 動(dòng)載試驗(yàn)

4.1 脈動(dòng)試驗(yàn)測試

本試驗(yàn)測試跨主線橋孔跨布置為4×40 m預(yù)應(yīng)力T梁，試驗(yàn)過程中選取一個(gè)敏感測點(diǎn)作為固定不動(dòng)的測點(diǎn)，即參考點(diǎn)。根據(jù)本橋特點(diǎn)共計(jì)布置4組，每組采樣至少30 min，測試點(diǎn)布置見圖8。

圖8 脈動(dòng)試驗(yàn)簡圖

4.2 跑車試驗(yàn)測試

試驗(yàn)時(shí)加載車以一定的車速勻速行駛于待測橋跨之上，由于加載車在橋上行駛過程中對橋面產(chǎn)生一定沖擊作用，會(huì)對橋梁結(jié)構(gòu)激發(fā)出受迫振動(dòng)。因此可以測得在行車條件下的橋梁的振幅響應(yīng)和沖擊系數(shù)。行車試驗(yàn)以20 km/h，40 km/h不同行車速度通過橋梁，每個(gè)車速均進(jìn)行2次試驗(yàn)，測試橋梁的振動(dòng)響應(yīng);根據(jù)待測橋梁測點(diǎn)，跨中布置測試點(diǎn)，見圖9。

圖9 跑車試驗(yàn)簡圖

試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)點(diǎn)采用在連續(xù)梁跨中控制截面梁底布置磁力式速度傳感器并采用積分器進(jìn)行積分，將速度信號轉(zhuǎn)換成動(dòng)撓度，并采集行車過程當(dāng)中各個(gè)測點(diǎn)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變位波形曲線。

4.3 制動(dòng)試驗(yàn)測試

制動(dòng)試驗(yàn)使用靜載測試的加載汽車，分別以20 km/h，40 km/h的速度進(jìn)行剎車，剎車位置定在控制截面位置，剎車后車輛媳火，待數(shù)據(jù)采集波形衰減結(jié)束，方可駛出橋面。測試點(diǎn)的具體布置同行車試驗(yàn)。

4.4 自振特性測試結(jié)果

根據(jù)規(guī)范中的公式［3］及建模計(jì)算，得到預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁的豎向理論基頻為2.39 Hz，沖擊系數(shù)為0.138。圖10為經(jīng)midas civil理論分析得到預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁的一階振動(dòng)理論振型圖。

同時(shí)進(jìn)行隨機(jī)脈動(dòng)信號的采集，由于測試過程中，儀器存在零漂以及外界的干擾，分析時(shí)對信號作了高低通濾波處理。通過對脈動(dòng)影響信號作FFT分析，得各測點(diǎn)的位移功率譜。進(jìn)一步進(jìn)行寬帶隨機(jī)響應(yīng)的互相關(guān)分析，做出跨中的豎向振動(dòng)的自互功率譜，從而識別得到預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁的實(shí)測豎向基頻為3.13 Hz，實(shí)測阻尼比為0.005 95。

圖10 預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁—階理論振型圖

4.5 動(dòng)力響應(yīng)測試結(jié)果

強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)條件下，測試結(jié)果列于圖11～圖13。

圖11 跑車試驗(yàn)下跨中豎向撓度時(shí)程曲線20 km/h

圖12 跑車試驗(yàn)下跨中豎向撓度時(shí)程曲線40 km/h

圖13 剎車時(shí)跨中豎向振動(dòng)時(shí)程曲線

跑車試驗(yàn)條件下，各種車速下橋梁結(jié)構(gòu)主頻幾乎沒有變化，且就整個(gè)大橋來說，由于大橋跨度較大，橋梁的主振型是3.0 Hz以內(nèi)的低階振動(dòng)，橋梁的受迫振動(dòng)振幅處于較低的水平。

5 結(jié)語

通過對預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁靜動(dòng)載試驗(yàn)研究與狀態(tài)評估可得到如下結(jié)論:1)在靜載試驗(yàn)作用下，撓度實(shí)測值與計(jì)算值的變化規(guī)律一致，并且校驗(yàn)系數(shù)在0.595～0.740之間，說明結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，滿足設(shè)計(jì)要求。2)在靜載試驗(yàn)作用下，應(yīng)變實(shí)測值與計(jì)算值的變化規(guī)律一致，并且校驗(yàn)系數(shù)在0.695～0.929之間，說明結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度大于計(jì)算強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)具有足夠應(yīng)力儲(chǔ)備。3)實(shí)測橋梁模態(tài)振型結(jié)果和計(jì)算結(jié)果有很好的吻合性，且橋梁自振實(shí)測值略大于計(jì)算值表明結(jié)構(gòu)剛度較大，說明橋跨剛度滿足設(shè)計(jì)要求。4)實(shí)測阻尼比分布在0.01～0.1之間，在合理的范圍之內(nèi)。5)試驗(yàn)過程以不同的車速跑車、剎車作用時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)動(dòng)應(yīng)變急劇增加并在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)保持很大數(shù)值的現(xiàn)象，說明橋面總體較平順。

［1］交通部公路科學(xué)研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法［M］.北京:人民交通出版社，1982.

［2］交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁承載能力評定規(guī)程［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［M］.北京: 人民交通出版社，2004.