某山區(qū)橋梁荷載試驗(yàn)計(jì)算分析與研究

摘要：某山區(qū)大橋?yàn)?跨連續(xù)剛構(gòu)橋，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。本文通過(guò)計(jì)算分析確定該橋的荷載試驗(yàn)方案并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)證明：該橋結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn)；荷載試驗(yàn)效率；撓度；應(yīng)變

某山區(qū)大橋位于杭瑞高速遵義至畢節(jié)段，該橋位于某山區(qū)鎮(zhèn)北約3.5 km處，橋梁上部結(jié)構(gòu)為74 m+135 m+74 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，全長(zhǎng)300.16 m，起點(diǎn)樁號(hào)K1751+770.84，終點(diǎn)樁號(hào)K1752+071。全橋平面除0號(hào)臺(tái)及其到第一邊跨16.8 m的范圍位于緩和曲線段外，其余部分均位于直線段；全橋位于縱坡為1.9%的直線上。設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)。設(shè)計(jì)時(shí)速：80 km/h。行車道寬度：2×凈-11 m。本次荷載試驗(yàn)主要有試驗(yàn)方案擬定、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、試驗(yàn)報(bào)告編輯3個(gè)步驟。

1 試驗(yàn)方案

本次計(jì)算采用結(jié)構(gòu)分析專用軟件MIDAS CIVIL 2010對(duì)該橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，建立全橋模型，共劃分133個(gè)節(jié)點(diǎn)，132個(gè)單元，主梁采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。其計(jì)算模型見(jiàn)圖1。試驗(yàn)中根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的不同要求，試驗(yàn)車輛橫橋向布置分為中載布置及偏載布置。

圖 2 靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)截面布置圖（單位：m）

經(jīng)計(jì)算，荷載試驗(yàn)方案確定由兩車道公路-I級(jí)荷載控制，由此計(jì)算得到荷載效率見(jiàn)表1，詳細(xì)載位布置見(jiàn)圖3～圖4（偏載載位未示），試驗(yàn)加載時(shí)各工況均采用三級(jí)加載。

2 測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試方法

（1） 應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試。箱梁應(yīng)力控制截面混凝土表面應(yīng)力（應(yīng)變），采用在混凝土表面粘貼智能振弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)，匹配SZZX-ZH1三智讀數(shù)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2） 撓度測(cè)試。箱梁控制斷面的撓度采用高精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。

3 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析

（1） 撓度、應(yīng)變數(shù)據(jù)分析。該橋在各加載工況下，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，各截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求，其中右幅橋工況Ⅲ（中載）撓度數(shù)據(jù)及右幅工況Ⅲ撓度曲線見(jiàn)表2、圖5所示（其他工況撓度數(shù)據(jù)未示）。

從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，各加載工況主梁截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求。

（2） 動(dòng)載數(shù)據(jù)分析。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，通過(guò)動(dòng)載試驗(yàn)評(píng)定該橋的行車性能以及行車安全和舒適度，本次主要測(cè)試內(nèi)容有：橋梁的動(dòng)力性能：基頻；汽車荷載作用下的無(wú)障礙行車試驗(yàn)、動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)；汽車荷載作用下的剎車試驗(yàn)、動(dòng)應(yīng)變和沖擊系數(shù)。

用MIDAS結(jié)構(gòu)分析軟件對(duì)該橋進(jìn)行特征值分析計(jì)算，得到第一階豎彎固有頻率為1.12 Hz。根據(jù)動(dòng)載測(cè)試的時(shí)域及頻域分析，可得到左幅橋結(jié)構(gòu)基頻試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為1.4 Hz，右幅橋結(jié)構(gòu)基頻試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為1.4 Hz。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中第5.9條的相關(guān)規(guī)定，宜根據(jù)實(shí)測(cè)自振頻率 與理論自振頻率 的比值來(lái)確定自振頻率評(píng)定標(biāo)度，該橋左右幅實(shí)測(cè)自振頻率 與理論自振頻率 的比值均為1.25，因此確定自振頻率評(píng)定標(biāo)度為1。

根據(jù)實(shí)測(cè)基頻，本橋理論計(jì)算左幅沖擊系數(shù)為 =0.0437，右幅沖擊系數(shù)為 =0.044。

由動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果可知，左幅橋無(wú)障礙行車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為1.198，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.198；剎車試驗(yàn)動(dòng)力系數(shù)為1.045，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.045；右幅橋無(wú)障礙行車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為1.097，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.097；剎車試驗(yàn)動(dòng)力系數(shù)為1.073，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.073，分析動(dòng)載試驗(yàn)曲線和動(dòng)態(tài)增量系數(shù)表明橋梁左右幅振動(dòng)響應(yīng)均大于計(jì)算得出的規(guī)范允許值（0.044），分析表明：橋梁振動(dòng)響應(yīng)較大，建議加強(qiáng)橋面養(yǎng)護(hù)管理，防止橋面出現(xiàn)較大的孔洞，對(duì)行車安全和舒適性不利。

4 結(jié)論

通過(guò)將加載時(shí)控制截面中測(cè)值較大測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)ζ與《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求做對(duì)比。滿載時(shí)各工況下各截面的撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均滿足《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）中小于1的要求，表明全橋結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。

《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）規(guī)定，主要控制測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變和相對(duì)殘余撓度不大于20%，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算結(jié)果表明實(shí)測(cè)相對(duì)殘余應(yīng)變、相對(duì)殘余撓度在《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG /TJ21-2011）規(guī)定的范圍內(nèi)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有良好的線彈性狀態(tài)。

分析表明：橋梁振動(dòng)響應(yīng)較大，建議加強(qiáng)橋面養(yǎng)護(hù)管理，防止橋面出現(xiàn)較大的孔洞，對(duì)行車安全和舒適性不利。

綜上所述，該大橋在試驗(yàn)荷載作用下各截面的撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，結(jié)構(gòu)剛度、承載能力均滿足公路-Ⅰ級(jí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。該橋能交付正常使用，建議在通車運(yùn)營(yíng)前對(duì)上述局部缺陷進(jìn)行維修處理。同時(shí)建議在通車運(yùn)營(yíng)后有關(guān)管理部門(mén)加強(qiáng)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)管理和定期觀測(cè)檢查。

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