劉大鵬

（中交遠洲工程咨詢有限公司 河北石家莊 050035）

1 引 言

橋梁荷載試驗是新建橋梁，特別是大跨度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的橋梁竣工驗收和質(zhì)量評定的重要手段。通過荷載試驗可以考證橋梁的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力性能，判定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力，確定橋梁的實際運營狀況和使用條件，為竣工驗收、投入運營使用提供科學(xué)的依據(jù)[1]。

我國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋的建造在近20年來得到廣泛的發(fā)展，橋梁的跨越能力不斷提高，連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)體系不斷增多，新建了大量的變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》[2]對新建成的橋梁應(yīng)進行荷載試驗，對橋梁的主要質(zhì)量指標進行測試和分析，對新建橋梁的質(zhì)量進行評定，檢驗橋梁結(jié)構(gòu)特性及其工作狀態(tài)是否滿足設(shè)計標準和使用要求，以保證橋梁今后的安全運營。

文章以某變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋為依托，對變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的荷載試驗和承載能力評定方法進行了探究，具有較大的現(xiàn)實意義和工程應(yīng)用前景。

2 橋梁概況

某變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁位于城市快速路上，上部結(jié)構(gòu)跨徑組合為38+55+75+55+38m，全橋共分一幅，全寬30m，橋面布置為：0.35m護欄+3.4m人行道+2.5m非機動車道+2×3.5m行車道+0.25m路緣帶+3m中央分隔帶+0.25m路緣帶+2×2.5m行車道+2.5m非機動車道+3.4m人行道+0.35m護欄。橋梁主跨采用鋼箱梁拱裝飾，裝飾拱與主梁之間采用拉索連接。

主橋采用整幅單箱六室直腹板預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，端部梁高1.9m，邊跨墩頂梁高3.4m，中跨墩頂梁高4.8m，跨中梁高1.9m，箱梁底板線型按1.8次方程曲線設(shè)置。箱梁頂板寬29.8m，底板寬26.0m。橋面1.5%的橫坡由箱梁腹板變高度形成。

橋梁設(shè)計荷載：城-A級

設(shè)計速度：40km/h；

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期：100年；

橫坡：機動車和非機動車道1.5%，人行道1.5%。

此橋荷載試驗的依據(jù)主要為：《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 233-2015）、《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）、《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）及試驗橋梁相關(guān)設(shè)計圖紙以及現(xiàn)場調(diào)查資料。

3 橋梁靜載試驗

靜力試驗的目的在于通過荷載試驗，測定關(guān)鍵截面的應(yīng)力、變形和裂縫發(fā)展情況，并與理論計算值作對比，以綜合判斷整個橋梁現(xiàn)在的工作狀態(tài)和承載能力[1]。

3.1 靜載試驗加載方案

對連續(xù)箱梁橋進行理論分析可知，在跨中截面正彎矩比較大，在支點截面負彎矩比較大。也就是說跨中截面和支點截面在使用過程中出現(xiàn)損壞的可能比較大[3]。因此，選取跨中截面和支點截面作為控制截面。本次靜載試驗荷載的大小和加載位置按照內(nèi)力等效原則，即采用靜載試驗荷載效率進行控制[4][5][6]。

本次荷載試驗分8 個工況分別為：邊跨最大正彎矩偏心加載、邊跨最大正彎矩對稱加載、次邊跨跨中位置偏心加載、次邊跨跨中位置對稱加載、中跨跨中位置偏心加載、中跨跨中位置對稱加載、4#墩頂負彎矩偏心加載、3#墩頂負彎矩偏心加載，每工況分4 級加載。本次荷載試驗選用8 輛38 噸普通后八輪卸車進行加載，靜載效率計算結(jié)果見01。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和評定規(guī)程靜力荷載試驗效率，對驗收性荷載試驗其值應(yīng)大于或等于0.85，且不得大于1.05，對鑒定性荷載試驗，其值應(yīng)大于或等于0.95，且不得大于1.05。此次荷載試驗的靜力荷載試驗效率在0.98～1.04 之間，滿足現(xiàn)行規(guī)范和評定規(guī)程的要求。

表1 試驗車荷載效率計算結(jié)果表

3.2 試驗控制斷面

依據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》（GJJ/T 233-2015）的測試斷面選取原則，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場情況，本次選取第3、4、5 孔進行靜、動載試驗檢測。共5 個控制斷面：J1～J5。控制斷面具體位置及說明如下，示意圖見錯誤！未找到引用源。。

圖1 靜載試驗控制截面位置示意圖（單位：cm）

J1 斷面：5#孔最大正彎矩斷面，距離4#墩中心線22.20m；J2 斷面：4#墩最大負彎矩斷面，位于4#墩中心線處；J3 斷面：4#孔最大正彎矩斷面，距離4#墩中心線27.50m；J4 斷面：3#墩最大負彎矩斷面，位于3#墩中心線處；J5 斷面：3#孔最大正彎矩斷面，距離3#墩中心線37.5m。

3.3 應(yīng)變測點布置

J1、J3、J5 斷面應(yīng)變測點布置圖見錯誤！未找到引用源。；J2、J4 斷面應(yīng)變測點布置圖見錯誤！未找到引用源。。圖中腹板應(yīng)變測點均沿腹板高度三等分分布。3#墩負彎矩應(yīng)變測點以J4 斷面縱向偏移1.30m，4#墩負彎矩應(yīng)變測點以J2 斷面縱向偏移1.05m。

圖2 J1、J3、J5 斷面應(yīng)變測點布置圖

圖3 J2、J4 斷面應(yīng)變測點布置圖

3.4 撓度測點布置

撓度各測試斷面位置見錯誤！未找到引用源。，邊跨最大正彎矩、次邊跨、中跨跨中位置撓度測點布置見錯誤！未找到引用源。，支點、四分點撓度測點布置見錯誤！未找到引用源。。

圖4 撓度測試斷面布置圖

圖5 邊跨最大正彎矩、次邊跨、中跨跨中位置撓度測點布置圖

圖6 支點、四分點撓度測點布置圖

3.5 靜載試驗結(jié)果

3.5.1 應(yīng)變測試結(jié)果

試驗荷載下第3 孔箱梁的應(yīng)變校驗系數(shù)為0.68～0.77，第4 孔箱梁的應(yīng)變校驗系數(shù)為0.65～0.74，第5 孔箱梁的應(yīng)變校驗系數(shù)為0.59～0.87，3#墩頂負彎矩的應(yīng)變校驗系數(shù)最大值為0.49，4#墩頂負彎矩的應(yīng)變校驗系數(shù)最大值為0.66。實測應(yīng)變校驗系數(shù)均小于1.00，表明該橋試驗孔整體強度良好，滿足設(shè)計荷載（城—A 級）的使用要求。

各級試驗荷載作用下，控制測點荷載效應(yīng)與實測混凝土應(yīng)變的線性比例關(guān)系較好，表明橋梁處于較好的彈性工作狀態(tài)。3 孔～5 孔箱梁在正彎矩偏載工況下，控制斷面應(yīng)變沿梁高呈線性分布，表明橋梁在試驗荷載下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，符合平截面假定。

該橋控制斷面主要測點的相對殘余應(yīng)變在6.55%～10.90%之間，均未超過20%，表明該橋在試驗荷載作用下，具有良好的彈性恢復(fù)能力。

3.5.2 撓度測試結(jié)果

試驗荷載下第3 孔箱梁的撓度校驗系數(shù)為0.52～0.54，第4 孔箱梁的撓度校驗系數(shù)為0.53～0.59，第5 孔箱梁的撓度校驗系數(shù)為0.53～0.58。撓度校驗系數(shù)均小于1.00，橫向分布規(guī)律與理論接近，表明該橋試驗孔整體剛度性能和橫向聯(lián)系均良好，滿足設(shè)計荷載（城—A 級）的使用要求。

各正彎矩工況作用下，3 孔～5 孔各控制斷面撓度分布與理論撓度曲線接近，表明橋跨結(jié)構(gòu)縱向受力性能良好。控制斷面主要測點的相對殘余變形在0.31%～6.22%之間，均未超過20%；說明該橋在試驗荷載作用下，具有良好的彈性恢復(fù)能力。

3.5.3 殘余應(yīng)變（變形）結(jié)果

該橋控制斷面主要測點的相對殘余應(yīng)變在6.55%～10.90%之間，控制斷面主要測點的相對殘余變形在0.31%～6.22%之間。殘余應(yīng)變和殘余變形均未超過20%，說明該橋試驗孔在試驗荷載作用下，具有良好的彈性恢復(fù)能力。

3.5.4 裂縫觀測結(jié)果

在試驗過程中，各試驗孔控制斷面未發(fā)現(xiàn)受力裂縫產(chǎn)生，表明結(jié)構(gòu)抗裂性較好，滿足設(shè)計荷載（城—A 級）的使用要求。

4 橋梁動載試驗

結(jié)構(gòu)的動力分析主要研究結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的力學(xué)行為，其主要內(nèi)容包括確定結(jié)構(gòu)的自振特性以及動力激勵源作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)[6]。通過檢測橋梁的自由振動特性及在豎向動荷載(車輛移動與沖擊)作用下的強迫振動反應(yīng)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度和行車性能，從而評價橋梁的動力性能。此次橋梁動載試驗包括測試橋跨結(jié)構(gòu)的自振頻率和沖擊系數(shù)。

4.1 自振特性測試

4.1.1 測試方法

本橋自振特性測試主要采用自然脈動方式，即在橋面無交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動和水流等隨機荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)，進而測定橋跨結(jié)構(gòu)固有振動特性（自振頻率、振型和阻尼比）[7]。

測試方法為：采用在選定測點上安裝891-II 型拾振器，配合北京東方振動和噪聲技術(shù)研究所生產(chǎn)的INV 3060A 智能信號采集處理分析儀，記錄橋跨結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)信號。

4.1.2 測點布置

結(jié)構(gòu)動力測試的測點布置與試驗所考察的主要振型有關(guān)，響應(yīng)測點應(yīng)盡可能避開各階模態(tài)的節(jié)點。自振特性測試測點布置如錯誤！未找到引用源。所示。

圖7 自振特性測試測點布置示意圖

4.1.3 理論計算

通過使用Midascivil 分析軟件對該橋進行建模計算，得出該橋理論豎向一階頻率為1.161Hz。模型圖如錯誤！未找到引用源。所示。

圖8 橋梁一階豎向振型圖

4.1.4 測試結(jié)果

通過對測得的振動信號進行自功率譜分析如圖9 所示，得到該橋?qū)崪y一階頻率為1.901Hz，大于理論計算值1.161，表明該橋上部結(jié)構(gòu)實際整體剛度大于理論剛度，結(jié)構(gòu)動力性能較好。

圖9 自譜分析頻譜圖

4.2 沖擊系數(shù)測試

4.2.1 測試方法

通過測量不同車速的試驗車輛在試驗孔上行駛，記錄測點的位移時程曲線。根據(jù)所記錄的曲線來分析和計算橋梁在試驗荷載作用下的動撓度和沖擊系數(shù)。

本次沖擊系數(shù)測試使用BJQN-5A 橋梁撓度檢測儀進行測試、分析。

4.2.2 測點布置

本次跑車試驗動撓度測點布置在試驗連續(xù)箱梁第3 孔跨中位置。

4.2.3 加載方案

采用一輛試驗車以10、20、30、40km/h 的速度行駛于橋面上，記錄試驗斷面位移時程曲線。

4.2.4 測試結(jié)果 跑車試驗結(jié)果匯總見下表2，從表中數(shù)據(jù)可得出：該橋第3 孔實測沖擊系數(shù)為1.032～1.078，實測跨中正彎矩沖擊系數(shù)均較小，表明該橋橋面平整度較好，車輛沖擊作用小。

表2 跑車試驗結(jié)果匯總表

5 結(jié)論

通過對變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋進行受力分析，結(jié)合現(xiàn)行檢測和評定規(guī)程[8][9][10]，變截面連續(xù)箱梁橋的荷載試驗控制截面主要為：中跨和邊跨最大正彎矩截面，支點最大負彎矩截面。此次荷載試驗選取的控制截面滿足現(xiàn)行規(guī)范和評定規(guī)程的要求。

通過對變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋試驗孔進行靜、動載試驗可以分析得出該橋承載能力滿足設(shè)計荷載（城-A 級）的使用要求。對新建橋梁的質(zhì)量進行評定，通車前的現(xiàn)場荷載試驗是最直接有效的方法。