新疆省道315線吉林臺大橋靜動載試驗檢測與評估

郭強

（新疆維吾爾自治區(qū)交通建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆省道315吉林臺大橋位于新疆維吾爾自治區(qū)省道315線K150+338處，橋梁編號S315654028L0200，該橋梁自2003年6月竣工建成。橋梁總長294.1m。橋梁的上部結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土箱形拱，跨度60m，矢跨比1/6。設(shè)計拱軸線系數(shù)為2.514。下部結(jié)構(gòu)采用U形橋臺建設(shè)。

一、靜載試驗

（一）荷載及測試項目甄選

以靜力荷載可以獲取新疆省道315線吉林臺大橋試驗荷載下，其截面發(fā)生的應(yīng)變及變形，通過觀察數(shù)據(jù)和理論計算數(shù)據(jù)分析比對，以此得到各個截面實際信息，判斷其是否滿足規(guī)范性橋梁設(shè)計需求。在測試中，深入現(xiàn)場開展偏載試驗，吉林臺大橋?qū)嶋H荷載橫向分布的情況，對大量數(shù)據(jù)分析，對橋梁的整體結(jié)構(gòu)評價分析。橋梁整體模型以MIDAS/CIVIL為支持，建立起有限元模型，通過計算出實際荷載效率系數(shù)及彎矩包絡(luò)圖，經(jīng)優(yōu)合理優(yōu)化后，以低樁號第10聯(lián)為實際試驗知識，確定邊跨跨中、次邊跨中、中跨跨中、邊跨邊支點、邊跨中支點等，以此為不同試驗截面，開展試驗，做偏載和中載試驗。試驗中，以6輛大型三軸載重貨車為試驗荷載代表對象，平均每輛載重貨車控制重量為300kN。

圖1 吉林臺大橋拱圈斷面應(yīng)力（應(yīng)變）測點布置

圖2 吉林臺大橋拱圈斷面位移（撓度）測點布置

表1 實測一級荷載撓度推求跨中界面荷載橫向分布系數(shù)統(tǒng)計

圖3 典型測點AY1荷載及應(yīng)變曲線圖

（二）測量設(shè)備及測量方式

在主梁撓度變形測量上，主要以CDP型位移實現(xiàn)對TDS-602靜態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)的實際測量。其中，在主梁應(yīng)力測量換工作中，可以在吉林臺大橋箱梁上粘結(jié)SM-5A型號的智能化弦式應(yīng)變計，輔之以100x20mm的120的紙基電阻應(yīng)變片，以此為主要測量設(shè)備，聯(lián)合MB6TL靜態(tài)應(yīng)變測試中心測試，測試結(jié)果通過TDS-602靜態(tài)應(yīng)變采集設(shè)備測量并采集數(shù)據(jù)。

實際試驗中，以SM-5A振弦式應(yīng)變計為支持，應(yīng)變計改變鋼弦實際張力，引起共振頻率變化，以此對應(yīng)應(yīng)變值分析計算，獲取應(yīng)變量程。測點布置如圖1所示。

（三）結(jié)果分析

以邊跨中截面（A-A）為例，列出截面偏載工況應(yīng)力變形及撓度值，與理論性計算數(shù)據(jù)進行比對，得到具體的荷載橫向分布狀態(tài)，如圖3所示。圖3中測點荷載及應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出直線狀態(tài)，因此，橋跨在試驗中，其荷載處于彈性工作性質(zhì)。表1為一級荷載撓度推求跨中界面荷載橫向分布系數(shù)統(tǒng)計，由數(shù)可得，荷載偏載下?lián)隙确植挤€(wěn)定，偏載作用下實測值相比偏大，分析吉林臺大橋質(zhì)檢結(jié)果，分析濕接頭、橫系梁表觀狀況，其橋梁橫向分布相比于理論較弱。

二、動載試驗

（一）以脈動試驗試驗橋梁固有振動

應(yīng)分析橋梁自身結(jié)構(gòu)，分析MIDAS理論數(shù)據(jù)舊路面，選擇測點數(shù)量最少、位置不處于振型節(jié)點的節(jié)點，在測試節(jié)點處安裝CA-YD-109拾震器，配置放大器和現(xiàn)代化DASP動態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過脈動相應(yīng)信號，獲取新疆省道315線吉林臺大橋橋跨結(jié)構(gòu)對應(yīng)信號，由計算機軟件處理信號。

測量得到主橋一階段頻率約為3.157Hz，二階段達到3.461Hz，三階段達到4.332Hz。相比于同類跨徑橋梁，其頻率屬于正常范圍，實際試驗值大于理論性計算值，其剛度基本滿足設(shè)計需求。

（二）以跑車試驗測定橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)

現(xiàn)代車橋偶爾振動在理論上發(fā)展迅速，但是不同車輛動力和參數(shù)具有復(fù)雜性和不確定性，對應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)阻尼具有離散型和橋面不平特點，單純依靠理論知識并不能解決實際問題。應(yīng)通過實際試驗，以經(jīng)驗沖擊系數(shù)，分析橋梁動力效應(yīng)。以30t載重車為支持，在橋面以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h速度行駛過檢測點。由控制界面測點，在行車試驗時記錄具體撓度曲線，獲取對應(yīng)動力系數(shù)。其中，以BJQL-4B橋梁撓度檢測儀實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的收集。實測活載沖擊，如表2所示。

表2 中跨跨中不同車速下行車沖擊系數(shù)

（三）跳車發(fā)測定結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)

試驗以300kN車輛后輪雜主橋跨中位置以15cm三角形墊木自然下落，對橋梁產(chǎn)生沖擊，橋梁發(fā)生的豎向振動，測定此時橋梁中部振動頻率及阻尼比。試驗得到，該橋梁阻尼比處于0.01～0.03之間，振幅標準值達到0.4778mm＜1mm，滿足橋梁設(shè)計要求，剛度可靠。

對新疆省道315線吉林臺大橋各控制界面實際測試結(jié)果分析得到結(jié)論，其沖擊系數(shù)=1.0589～1.0805。

三、結(jié)論

試驗分級加載，通過實際荷載試驗，了解橋跨結(jié)構(gòu)在標準荷載下具體受力分布。測點荷載-撓度曲線及荷載-應(yīng)變曲線，在荷載影響下，呈直線狀態(tài)，荷載去除后，測點殘余變形處于20%以下，橋跨主梁在荷載下為彈性工作性質(zhì)。橋梁自振頻率大于理論數(shù)據(jù)值，最終試驗結(jié)果為=1.0589～1.0805。此外，跳車試驗得到吉林臺大橋橋跨結(jié)構(gòu)具體阻尼比處于0.01～0.03以內(nèi)，其振幅標準值達到0.4778mm＜1mm，各項實際測試數(shù)據(jù)處于常值范圍內(nèi)，無異常變化，滿足大橋建設(shè)設(shè)計及國家相關(guān)標準規(guī)范要求。對大橋進行偏載的試驗，測試得到橋梁實際橫向分布系數(shù)比設(shè)計理論橫向分布系數(shù)弱，實際投入使用后可能影響橋梁穩(wěn)定性，需在實際橋梁設(shè)計中，重視橋梁橫向分布情況，保障大橋安全系數(shù)穩(wěn)定。經(jīng)試驗計算后，得出吉林臺大橋滿足汽車20級荷載作用需求，其靜態(tài)和動態(tài)載荷試驗對應(yīng)各項系數(shù)符合標準，殘余變形處于20%以下，橋梁整體剛度、強度及穩(wěn)定性可以滿足正常行車需求。