武汉市政工程设计研究院有限责任公司 武汉 430023
摘要：某山区大桥为3跨连续刚构桥，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。本文通过计算分析确定该桥的荷载试验方案并进行了试验。试验证明：该桥结构刚度、承载能力均满足公路-Ⅰ级设计荷载标准要求。
关键词：荷载试验；荷载试验效率；挠度；应变
某山区大桥位于杭瑞高速遵义至毕节段，该桥位于某山区镇北约3.5 km处，桥梁上部结构为74 m+135 m+74 m预应力混凝土连续刚构桥，全长300.16 m，起点桩号K1751+770.84，终点桩号K1752+071。全桥平面除0号台及其到第一边跨16.8 m的范围位于缓和曲线段外，其余部分均位于直线段；全桥位于纵坡为1.9%的直线上。设计荷载：公路-I级。设计时速：80 km/h。行车道宽度：2×净－11 m。本次荷载试验主要有试验方案拟定、现场试验、试验报告编辑3个步骤。
1 试验方案
本次计算采用结构分析专用软件MIDAS CIVIL 2010对该桥进行结构分析，建立全桥模型，共划分133个节点，132个单元，主梁采用梁单元进行模拟。其计算模型见图1。试验中根据试验项目的不同要求，试验车辆横桥向布置分为中载布置及偏载布置。
图1 梁单元模拟计算模型
通过计算，正常使用状态下汽车荷载作用下的最不利截面见图2，并将本次荷载试验分为5个工况。
工况I：J1截面在最不利汽车荷载作用下的最大正弯矩中（偏）载效应；
工况II：J2截面在最不利汽车荷载作用下的最大负弯矩中（偏）载效应；
工况III：J3截面在最不利汽车荷载作用下的最大正弯矩中（偏）载效应；
工况IV：J4截面在最不利汽车荷载作用下的最大负弯矩中（偏）载效应；
工况V：J5截面在最不利汽车荷载作用下的最大正弯矩中（偏）载效应。
图 2 静载试验应变测点截面布置图（单位：m）
经计算，荷载试验方案确定由两车道公路-I级荷载控制，由此计算得到荷载效率见表1，详细载位布置见图3~图4（偏载载位未示），试验加载时各工况均采用三级加载。
表1 试验工况荷载效应
工况 截面 公路－Ⅰ级汽车荷载效应 /（kN.﹒m-1） 试验荷载效应 /（kN﹒m-1） 试验荷载效率 I、V J1-J1 J5-J5 14 626.65 14 663.78 1.00 II J2-J2 -57 594.19 -61 326.04 1.06 III J3-J3 15 523.08 16 321.73 1.05 IV J4-J4 -57 594.19 -61 326.04 1.06
图 3 工况Ⅰ、Ⅴ荷载（中载）布置示意图（单位：m）
图 4 工况Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ荷载（中载）布置示意图（单位：m）
2 测试内容与测试方法
（1） 应力（应变）测试。箱梁应力控制截面混凝土表面应力（应变），采用在混凝土表面粘贴智能振弦式数码应变计，匹配SZZX-ZH1三智读数仪进行数据采集。
（2） 挠度测试。箱梁控制断面的挠度采用高精密水准仪进行测量。
3 试验结构分析
（1） 挠度、应变数据分析。该桥在各加载工况下，从实测数据来看，各截面的挠度校验系数均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)中小于1的要求，其中右幅桥工况Ⅲ（中载）挠度数据及右幅工况Ⅲ挠度曲线见表2、图5所示（其他工况挠度数据未示）。
表2 右幅工况Ⅲ挠度数据（中载）
测点编号 一级加载实测值（mm) 二级加载实测值（mm) 三级加载实测值（mm) 理论计算值（mm) 校验系数 残余绝对值（mm) 残余相对值 1# 0.00 0.00 0.00 0.00 / / / 2# 1.34 2.03 2.78 3.95 0.70 0.28 9.2% 3# 2.34 3.45 4.67 5.26 0.89 0.43 8.4% 4# 1.02 1.68 2.76 3.42 0.81 0.34 11.0% 5# 0.00 0.00 0.00 0.00 / / / 6# -5.05 -6.67 -7.93 -14.21 0.56 0.38 -5.0% 7# -7.16 -11.83 -15.51 -25.89 0.60 0.01 -0.1% 8# -9.56 -15.19 -19.60 -31.02 0.63 -0.53 2.6% 9# -9.23 -13.13 -15.96 -24.96 0.64 -0.47 2.9% 10# -6.05 -7.83 -9.14 -10.78 0.85 -0.3 3.2% 11# 0.00 0.00 0.00 0.00 / / / 12# 1.96 2.69 2.15 3.12 0.69 0.27 11.2% 13# 2.11 3.28 4.25 4.81 0.88 0.36 6.4% 14# 0.44 2.70 3.43 3.83 0.90 0.24 6.5% 15# 0.00 0.00 0.00 0.00 / / /
图 5 右幅工况Ⅲ（中载）挠度曲线
从实测结果来看，各加载工况主梁截面应变校验系数均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)中小于1的要求。
（2） 动载数据分析。动荷载试验是为了测定桥梁结构的自振特性或在动力荷载作用下的受迫振动特性，通过动载试验评定该桥的行车性能以及行车安全和舒适度，本次主要测试内容有：桥梁的动力性能：基频；汽车荷载作用下的无障碍行车试验、动应变和冲击系数；汽车荷载作用下的刹车试验、动应变和冲击系数。
用MIDAS结构分析软件对该桥进行特征值分析计算，得到第一阶竖弯固有频率为1.12 Hz。根据动载测试的时域及频域分析，可得到左幅桥结构基频试验实测值为1.4 Hz，右幅桥结构基频试验实测值为1.4 Hz。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)中第5.9条的相关规定，宜根据实测自振频率与理论自振频率的比值来确定自振频率评定标度，该桥左右幅实测自振频率与理论自振频率的比值均为1.25，因此确定自振频率评定标度为1。
根据实测基频，本桥理论计算左幅冲击系数为=0.0437，右幅冲击系数为=0.044。
由动载试验结果可知，左幅桥无障碍行车试验最大动力系数为1.198，对应的动态应变增量系数为0.198；刹车试验动力系数为1.045，对应的动态应变增量系数为0.045；右幅桥无障碍行车试验最大动力系数为1.097，对应的动态应变增量系数为0.097；刹车试验动力系数为1.073，对应的动态应变增量系数为0.073，分析动载试验曲线和动态增量系数表明桥梁左右幅振动响应均大于计算得出的规范允许值（0.044），分析表明：桥梁振动响应较大，建议加强桥面养护管理，防止桥面出现较大的孔洞，对行车安全和舒适性不利。
4 结论
通过将加载时控制截面中测值较大测点的应变、挠度校验系数ζ与《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)中小于1的要求做对比。满载时各工况下各截面的挠度测点校验系数和应变校验系数均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)中小于1的要求，表明全桥结构刚度、承载能力均满足公路-Ⅰ级设计荷载标准要求。
《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)规定，主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于20%，实测数据换算结果表明实测相对残余应变、相对残余挠度在《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG /TJ21-2011)规定的范围内，说明结构具有良好的线弹性状态。
分析表明：桥梁振动响应较大，建议加强桥面养护管理，防止桥面出现较大的孔洞，对行车安全和舒适性不利。
综上所述，该大桥在试验荷载作用下各截面的挠度校验系数和应变校验系数均小于1，结构刚度、承载能力均满足公路-Ⅰ级设计荷载标准要求。该桥能交付正常使用，建议在通车运营前对上述局部缺陷进行维修处理。同时建议在通车运营后有关管理部门加强对桥梁的养护管理和定期观测检查。
参考文献:
[1] JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[2] JTG D50-2006公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.
[3] JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
论文作者:朱黎
论文发表刊物:《基层建设》2015年12期
论文发表时间:2016/11/15
标签：荷载论文; 挠度论文; 工况论文; 系数论文; 应变论文; 截面论文; 桥梁论文; 《基层建设》2015年12期论文;