馬天穎 徐郁峰

(華南理工大學(xué)，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(yù)制空心板梁，下部結(jié)構(gòu)為樁柱式橋墩和重力式橋臺(tái)。橫向布置為3 m(人行道)+11.5 m(機(jī)動(dòng)車道)+0.5 m(欄桿)。橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是：公路Ⅰ級(jí)汽車荷載，3.5 kPa人群荷載。

2 靜載試驗(yàn)

所謂靜載試驗(yàn)是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)和指定的試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)根據(jù)前期制定的荷載方案將該荷載作用到對(duì)象上，現(xiàn)場(chǎng)記錄位移、應(yīng)變、裂縫數(shù)據(jù)，隨后根據(jù)相應(yīng)規(guī)范來(lái)判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[1]。

2.1 試驗(yàn)荷載方案

使用單梁法進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)Midas Civil建立橋梁有限元模型，隨后通過(guò)橋梁博士計(jì)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(jì)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(yàn)加載的泥頭車的試驗(yàn)荷載。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)荷載效率計(jì)算表

2.2 靜載撓度和應(yīng)變布置方案

本次荷載試驗(yàn)以對(duì)跨中最大正彎矩截面產(chǎn)生的最不利荷載組合作為試驗(yàn)的控制荷載。使用單梁法，通過(guò)Midas和橋梁博士計(jì)算控制荷載和試驗(yàn)荷載，使控制荷載與試驗(yàn)荷載滿足上述靜力荷載效率。通過(guò)計(jì)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(jí)加載。

2.2.1變形測(cè)量

共布置6個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)各級(jí)荷載作用下各測(cè)點(diǎn)的撓度進(jìn)行量測(cè)。

2.2.2應(yīng)力(應(yīng)變)測(cè)量

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

2.3 靜載結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可知試驗(yàn)跨梁各個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)在0.51～0.62之間，各個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)在0.55～0.79之間。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)載試驗(yàn)使用速度傳感器拾取振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)放大器將信號(hào)放大后用DASP采集系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)載試驗(yàn)主要是通過(guò)了解橋梁結(jié)構(gòu)在自然狀態(tài)下自由頻率和動(dòng)力荷載下的阻尼比和沖擊系數(shù)，最后需對(duì)測(cè)得的橋梁動(dòng)力響應(yīng)值進(jìn)行分析，以獲得橋梁的動(dòng)力特性[2]。

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)工況

該試驗(yàn)跨動(dòng)載試驗(yàn)根據(jù)規(guī)范和實(shí)際情況設(shè)定以下4種工況：

1)自然脈動(dòng)：在自然條件下，如風(fēng)、地脈動(dòng)等引起橋梁振動(dòng)的條件下，長(zhǎng)時(shí)間地使用高靈敏傳感器記錄橋梁振動(dòng)。

2)跑車試驗(yàn)：采用1輛試驗(yàn)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(guò)時(shí)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)和動(dòng)撓度。

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

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

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

該橋的沖擊系數(shù)與振動(dòng)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(lì)下和跳車等各種動(dòng)載試驗(yàn)工況下的實(shí)測(cè)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(dòng)頻譜圖和跳車測(cè)點(diǎn)阻尼比分析圖，如圖3，圖4所示。

表2 動(dòng)載理論計(jì)算匯總表

海豐橋按照梁理論計(jì)算得到的第一階自振頻率為5.917 Hz，實(shí)測(cè)該橋振動(dòng)頻率為8.698 Hz，實(shí)測(cè)自振頻率與理論自振頻率的比值為1.47，大于1.1，評(píng)定標(biāo)度為1。說(shuō)明橋的實(shí)際剛度大于理論計(jì)算值。

海豐橋在各工況下，實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)均小于設(shè)計(jì)的沖擊系數(shù)1.298，實(shí)測(cè)阻尼比為2.17%。

表3 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果匯總表

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)際，討論了橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)的方法。靜載試驗(yàn)得到的應(yīng)變和撓度均不大于1，且滿足規(guī)范要求。動(dòng)載試驗(yàn)得到的沖擊系數(shù)小于理論值[3]。說(shuō)明試驗(yàn)空心板梁性能較好，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范要求[4]。

[1] 賀常元.16 m預(yù)應(yīng)力空心板簡(jiǎn)支梁橋成橋靜載試驗(yàn)及分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(8)：65-67.

[2] 李德建,彭 彥.既有簡(jiǎn)支鉸接空心板梁橋結(jié)構(gòu)狀況動(dòng)力評(píng)估[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009(26)：24-28.

[3] 賀常元.16 m預(yù)應(yīng)力空心板簡(jiǎn)支梁橋成橋動(dòng)試驗(yàn)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(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定[M].北京：人民交通出版社,2002.