16 m預應力空心板梁橋動靜載試驗實例探討

馬天穎 徐郁峰

(華南理工大學，廣東 廣州 510641)

1 工程概況

海豐橋位于海豐路，全橋的跨徑布置形式為5×16 m。該橋分左右兩幅，橋面單幅寬度為15.0 m，單幅橫向布置12片空心板梁。上部結(jié)構(gòu)為預制空心板梁，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩和重力式橋臺。橫向布置為3 m(人行道)+11.5 m(機動車道)+0.5 m(欄桿)。橋梁的設(shè)計標準是：公路Ⅰ級汽車荷載，3.5 kPa人群荷載。

2 靜載試驗

所謂靜載試驗是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)和指定的試驗方案進行試驗。試驗時根據(jù)前期制定的荷載方案將該荷載作用到對象上，現(xiàn)場記錄位移、應變、裂縫數(shù)據(jù)，隨后根據(jù)相應規(guī)范來判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際運行狀態(tài)[1]。

2.1 試驗荷載方案

使用單梁法進行計算，通過Midas Civil建立橋梁有限元模型，隨后通過橋梁博士計算空心板梁的橫向分布系數(shù)；接著在Midas Civil橋梁模型上添加車道荷載的計算結(jié)果后，再根據(jù)荷載效率取值范圍為0.95～1.05的原則即可得到最不利梁的試驗加載的泥頭車的試驗荷載。計算結(jié)果如表1所示。

表1 試驗荷載效率計算表

2.2 靜載撓度和應變布置方案

本次荷載試驗以對跨中最大正彎矩截面產(chǎn)生的最不利荷載組合作為試驗的控制荷載。使用單梁法，通過Midas和橋梁博士計算控制荷載和試驗荷載，使控制荷載與試驗荷載滿足上述靜力荷載效率。通過計算得出采用3輛350 kN載重車按照內(nèi)力等效原則在影響線上按最不利位置分級加載。

2.2.1變形測量

共布置6個撓度測點，用高精度水準儀對各級荷載作用下各測點的撓度進行量測。

2.2.2應力(應變)測量

多跨簡支橋選取跨中截面為控制截面，根據(jù)計算，11號梁為受力最不利梁，所以選擇10號,11號,12號梁，每片梁底布置2個傳感器，共計6個傳感器。布置情況如圖1所示。

2.3 靜載結(jié)果

通過現(xiàn)場試驗結(jié)果可知試驗跨梁各個撓度測點的校驗系數(shù)在0.51～0.62之間，各個應變測點的校驗系數(shù)在0.55～0.79之間。

3 動載試驗

動載試驗使用速度傳感器拾取振動信號，經(jīng)放大器將信號放大后用DASP采集系統(tǒng)進行采樣、記錄和分析處理即可獲得橋梁的自振頻率及沖擊系數(shù)。動載試驗主要是通過了解橋梁結(jié)構(gòu)在自然狀態(tài)下自由頻率和動力荷載下的阻尼比和沖擊系數(shù)，最后需對測得的橋梁動力響應值進行分析，以獲得橋梁的動力特性[2]。

3.1 動載試驗工況

該試驗跨動載試驗根據(jù)規(guī)范和實際情況設(shè)定以下4種工況：

1)自然脈動：在自然條件下，如風、地脈動等引起橋梁振動的條件下，長時間地使用高靈敏傳感器記錄橋梁振動。

2)跑車試驗：采用1輛試驗載重汽車以20 km/h,30 km/h的速度在橋面上勻速行使，在跑車經(jīng)過時測量橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)和動撓度。

3)剎車試驗：以20 km/h的速度在試驗跨跨中處緊急剎車，測量橋梁結(jié)構(gòu)在行車狀態(tài)下的振幅、動撓度及沖擊系數(shù)。

4)跳車試驗：以一輛試驗載重汽車停在試驗截面處，后輪越木頭后熄火停車，測量橋梁結(jié)構(gòu)在跳車時的振幅、動撓度及沖擊系數(shù)。

3.2 動載試驗結(jié)果

該橋的沖擊系數(shù)與振動頻率的理論值如表2所示，理論頻率圖如圖2所示。結(jié)構(gòu)在環(huán)境自然激勵下和跳車等各種動載試驗工況下的實測數(shù)據(jù)結(jié)果匯成于表3中，其中由于篇幅所限，只展現(xiàn)自然脈動頻譜圖和跳車測點阻尼比分析圖，如圖3，圖4所示。

表2 動載理論計算匯總表

海豐橋按照梁理論計算得到的第一階自振頻率為5.917 Hz，實測該橋振動頻率為8.698 Hz，實測自振頻率與理論自振頻率的比值為1.47，大于1.1，評定標度為1。說明橋的實際剛度大于理論計算值。

海豐橋在各工況下，實測沖擊系數(shù)均小于設(shè)計的沖擊系數(shù)1.298，實測阻尼比為2.17%。

表3 動載試驗結(jié)果匯總表

4 結(jié)語

本文結(jié)合工程實際，討論了橋梁動靜載試驗的方法。靜載試驗得到的應變和撓度均不大于1，且滿足規(guī)范要求。動載試驗得到的沖擊系數(shù)小于理論值[3]。說明試驗空心板梁性能較好，各項指標都達到了我國現(xiàn)行的規(guī)范要求[4]。

[1] 賀常元.16 m預應力空心板簡支梁橋成橋靜載試驗及分析[J].鐵道標準設(shè)計，2009(8)：65-67.

[2] 李德建,彭 彥.既有簡支鉸接空心板梁橋結(jié)構(gòu)狀況動力評估[J].建筑科學與工程學報，2009(26)：24-28.

[3] 賀常元.16 m預應力空心板簡支梁橋成橋動試驗及分析[J].山西建筑，2009，35(23)：328-329.

[4] 宗一凡.公路橋梁荷載試驗與結(jié)構(gòu)評定[M].北京：人民交通出版社,2002.