惠州市天堃道路桥梁工程检测有限公司 广东惠州 516002
摘要：某PC连续箱梁桥进行了荷载试验及分析，测得各种力学指标和性能指标与理论计算的结果及相应规范的要求进行比较，从而对桥梁的整体性能和结构安全做出评价，确保桥梁的主体结构处于良好的技术状态，保证桥梁投入使用后的安全运营，对同类桥型具有借鉴意义。
关键词：PC箱梁；理论计算；静载试验；动载试验
1工程概况
某4跨PC连续箱梁桥20m+2×32m+20m。桥梁总宽46m，分左右两幅，单幅桥宽21m，两幅桥之间设4m宽中央分隔带。单幅桥梁上部结构由双箱双室梯形箱梁组成，两箱采用翼缘板连接，单箱宽度10.5m，现浇施工。下部结构为花瓶式墩台配桩基础。设计荷载：公路—I级，人群荷载3.5kN/m2；单幅桥宽：21.0m=3.0m（人行道）+17.5m（车行道）+0.5m（防撞墙）；设计车速：60km/h；地震抗震烈度：地震动峰值加速度系数为0.05g，桥梁按7度设防。
2 静载试验
桥梁结构静载试验的目的：主要是测试桥梁在试验荷载作用下的变形和内力状况。从而判定结构的强度和刚度等力学性能[1][2][3]，验证设计理论、计算方法和设计中的各种假定的正确性与合理性，为设计积累科学资料。
2.1理论计算与分析
文中利用Midas/civil桥梁有限元计算软件，按照实际结构尺寸建立该PC箱梁桥空间三维实体有限元模型并对其进行理论分析，全桥空间模型见图1。
图1 桥梁空间模型
2.2试验工况及测试断面布置
为检测桥梁工程质量的可靠性和安全性，判断桥梁结构的实际承载能力，为桥梁安全运营提供科学依据，根据试验跨选取原则，选取该桥左幅第3跨、第4跨和右幅第1跨、第2跨共4跨进行静载试验。（文中只对右幅第1、2跨进行分析）主要测试断面及挠度测点横向布置如图2所示。
图2 主要测试断面挠度测点横向布置图（单位：m）
根据该桥的实际跨径布置并对其进行理论计算发现边跨跨中截面、支点截面和中跨跨中截面为设计荷载作用下的受力最不利的截面，因此选择这三个截面作为试验的关键加载位置同时确定静载试验的三个工况。工况Ⅰ：右幅第1跨跨中截面最大正弯矩（中载）；工况Ⅱ：右幅第2跨跨中截面最大正弯矩（中载）；工况Ⅲ：右幅1#墩支点截面最大负弯矩。
2.3试验荷载确定
经计算静载试验需要装载后总轴重为420kN的加载车5台，试验荷载效率系数在0.975~1.022之间满足规范要求（0.95～1.05）[4]。
3静载试验结果
在静载试验中满载情况下实测的挠度以及理论计算的挠度分别如表1~表3所示，相应的挠曲线分别如图3~图4所示。
由表1~表3可知：在静力荷载试验中，各工况实测挠度均小于理论计算值，且各工况下挠度校验系数均小于1.0，表明右结构处于弹性工作状态，结构强度、刚度均满足设计规范要求。
4动载试验
桥梁结构在承受车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下产生振动，因此桥梁在动力荷载作用下的受力分析是桥梁结构分析的一项重要内容。影响桥梁振动的因素复杂，仅靠理论分析不能满足工程应用的需要，还需用理论分析和实验测试相结合的方法解决，而桥梁动载试验就成为解决该问题必不可少的手段。桥梁的动力特性（振动频率、振型及阻尼比）是评价桥梁承载力状态的重要参数，随着我国公路桥梁检验评定制度的推行，桥梁的动力特性将越来越受到重视。桥梁的动载试验可划分为三类基本问题：测定桥梁荷载的动力特性（数值、方向、频率等）、测定桥梁结构的动力特性（振动频率、振型及阻尼比等）、测定桥梁在动荷载作用下的响应（动位移、动应力等）。桥梁结构的动力特性（振动频率、振型及阻尼比）取决于结构本身的材料特性及结构刚度、质量及其分布规律。动力特性的确定是进行结构动力反应计算、抗震和抗风稳定性分析的前提，另外它还是结构总体状态的一种表征[5]。
4.1测试工况
（1）脉动试验（环境随机激振试验）
在试验跨的0、L/4、L/2、3L/4、L截面位置布置拾振器，测试桥梁结构的自振特性，见图5。
通过跑车和跳车试验分析后的该桥20km/h、30km/h、40km/h、50km/h车速沿桥行车方向匀速行驶通过桥梁的冲击系数，具体见表6。
图7 第4跨跳车试验实测阻尼比计算图
6 结论
（1）试验分级加载过程中，各测点的实测挠度曲线与理论计算试验荷载作用下曲线基本相符，卸载后，各测点的相对残余变形在规范要求以内，说明桥跨结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态。
（2）各工况试验荷载满载时，各控制断面实测的挠度及应变值均小于理论计算值，校验系数满足规范[4]中的<1的要求，说明试验荷载作用下桥梁结构强度和刚度满足规范要求。
（3）对该桥进行脉动试验、跳车试验、跑车试验，从试验结果可以看出：①模态测试中，该桥一阶、二阶自振频率实测值均大于理论计算值，表明该桥结构的整体刚度较好。②跳车荷载试验下：该桥第3跨阻尼比实测值为0.721%；第4跨阻尼比实测值为1.143%。③跑车试验荷载作用时，该桥第3、4跨冲击系数均小于理论计算值1.227，表明该桥行车性能较好。
（4）桥梁结构在移动荷载作用下的动力反应不仅反映桥梁与车辆本身的动力特性，也与桥面的平整度、行车速度有关，因此其测量结果是判断桥梁结构承载特性和运营状况的重要指标。将成桥状态结构的动力特性参数作为一初始值，未来运营一段时间后与之对照相关测值变化，即可对该桥进行相关现状评定。而且动载试验工作量小、费用较低，而且能够涉及很宽的范畴，因此该动载试验方法及检测分析对于大跨度结构的桥梁具有很好的适用性，值得大力推广和应用。
参考文献
[1]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报，1997，19（3）：109- 115.
[2]交通部公路科学研究所，大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京：人民交通出版社，1982.
[3]雷俊卿.桥梁安全耐久性与病害事故分析[J].中国安全科学学报，2005，15（2）：86- 90.
[4]交通运输部公路科学研究院，《公路桥梁承载能力检测评定规程》[S].人民交通出版社，2011.
[5]林茂.钟宅湾大桥桥梁结构动力特性检测及分析[J].交通标准化，2007，2/3：162-163
论文作者:孙继文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/30
标签：桥梁论文; 荷载论文; 结构论文; 挠度论文; 工况论文; 截面论文; 理论论文; 《建筑学研究前沿》2017年第11期论文;