陳金春 徐陳棟 張森 張巖 朱子

摘 要：以江蘇省某橋梁受損加固?hào)|邊跨的承載能力為研究對(duì)象，對(duì)橋梁進(jìn)行了動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)和荷載試驗(yàn)，主要測(cè)試分析了橋梁在靜態(tài)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變和撓度變形，以及在動(dòng)態(tài)荷載作用下的自振頻率、阻尼比和應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)。測(cè)試結(jié)果表明橋梁測(cè)試截面的應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求；橋梁一階豎向自振頻率實(shí)測(cè)值分別為2.26～3.13Hz，平均結(jié)構(gòu)自振頻率試驗(yàn)值大于計(jì)算值，表明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度；一階豎向振型的阻尼比為0.01～0.05，處于正常范圍0.01～0.08之間。

關(guān)鍵詞：橋梁檢測(cè)；應(yīng)力應(yīng)變；撓度；自振頻率；阻尼比

中圖分類號(hào)：TU378.02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）20-0040-02

Abstract： Taking the bearing capacity of the east span of a bridge damaged and strengthened in Jiangsu Province as the research object， the dynamic and static test and load test of the bridge are carried out. The stress， strain and deflection of the bridge under static load are mainly tested and analyzed. And the natural vibration frequency， damping ratio and strain increase coefficient under dynamic load. The test results show that the check coefficient of strain and deflection of the test section of the bridge can meet the requirements of the normal use of the design load， and the measured values of the first order vertical natural vibration frequency of the bridge are 2.26～3.13 Hz respectively， and the experimental value of the average natural vibration frequency of the bridge is larger than the calculated value. It is shown that the actual stiffness of the structure is greater than that of the calculated stiffness， and the damping ratio of the first order vertical mode is 0.01～0.05， which is within the normal range of 0.01～0.08.

Keywords： bridge detection； stress and strain； deflection； natural vibration frequency； damping ratio

1 工程概況

試驗(yàn)橋梁為三跨連續(xù)梁橋，全長(zhǎng)106.0m，修建于1987年。橋梁基本參數(shù)如下：設(shè)計(jì)荷載：汽車20噸，掛車100噸；上部結(jié)構(gòu)：30m+42m+30m鋼筋混凝土T梁+懸臂T梁；下部結(jié)構(gòu)：重力式墩和重力式臺(tái)。由于橋梁建設(shè)年代久遠(yuǎn)，橋梁評(píng)分等級(jí)較低（2015年為B級(jí)），同時(shí)橋梁一邊邊跨收到車輛嚴(yán)重撞擊，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對(duì)橋梁受損邊跨的承載能力進(jìn)行檢測(cè)。

2 靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)主要是通過(guò)測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下各控制截面的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)變形，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，它是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的辦法。測(cè)試內(nèi)容主要包括應(yīng)力測(cè)試、撓度測(cè)試等試驗(yàn)項(xiàng)目。

2.1 加載工況與試驗(yàn)效率

本橋?yàn)槿邕B續(xù)梁橋，由于只有東側(cè)邊跨受損和加固處理，其它橋跨部分完好，因此，僅針對(duì)東邊跨進(jìn)行承載能力測(cè)試，邊跨測(cè)試控制截面為跨中截面，測(cè)試工況為跨中截面應(yīng)變及撓度。擬選定4輛350kN的汽車（單車總重為350kN，要求前軸重70kN，中后軸280kN，前中軸距為325cm，中后軸距為135cm）進(jìn)行試加載。以5#梁和1#梁的跨中截面的對(duì)稱荷載的加載效率分別為0.92和0.97，符合《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》規(guī)范要求。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)橋梁受力特點(diǎn)，在邊跨跨中位置布置10×4=40個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。應(yīng)變測(cè)點(diǎn)全部采用120Ω應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)試，并考慮測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的溫度補(bǔ)償。

撓度觀測(cè)截面為L(zhǎng)/4截面、L/2截面、3L/4截面，其豎向撓度采用全站儀測(cè)量。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及承載能力評(píng)定

2.3.1 剛度分析

邊跨撓度測(cè)量結(jié)果整理如表1（注：撓度向下為正）。

從表1可以看出，在試驗(yàn)荷載作用下，橋梁主要測(cè)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值。依照《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）8.2.1中的說(shuō)明，混凝土橋的撓度校驗(yàn)系數(shù)ζ值小于1時(shí)，表明橋梁的實(shí)際狀況要好于理論狀況，承載能力滿足要求[1]。

結(jié)構(gòu)在卸載后的殘余的大小是說(shuō)明結(jié)構(gòu)彈性工作性能的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，在卸載完畢后對(duì)結(jié)構(gòu)殘余變形進(jìn)行觀測(cè)。

2.3.2 強(qiáng)度分析

在兩種工況的試驗(yàn)荷載作用下，A-A斷面的實(shí)測(cè)值均小于理論值，校驗(yàn)系數(shù)最大值僅為0.83<1，同時(shí)在某些梁出現(xiàn)了正負(fù)號(hào)相反的情況，這主要是由于應(yīng)變片布點(diǎn)位置位于T型梁慣性軸附近，位置敏感，導(dǎo)致部分梁A-A斷面處于受拉狀態(tài)[2]。

此外，除了8#梁，B-B斷面主要測(cè)點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.07～0.68，而8#梁的校驗(yàn)系數(shù)為3.54～4.46，遠(yuǎn)大于所規(guī)定校驗(yàn)系數(shù)的最大值1。為了8#梁的狀況進(jìn)行驗(yàn)證，我們觀察8#梁C-C截面的應(yīng)變值以及校驗(yàn)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)8#梁C-C截面在三種工況作用下，其校驗(yàn)系數(shù)僅為0.55～0.68<1，表明8#梁荷載的實(shí)際狀況要好于理論狀況，承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。

在以5#梁最大正彎矩為加載對(duì)象的工況下，C-C斷面2～10#梁的校驗(yàn)系數(shù)均小于1，然而1#梁C-C斷面兩個(gè)應(yīng)變片的校驗(yàn)系數(shù)為2.78，大于1；然而，在1#梁跨中位置最大正彎矩的工況下， 1～10#梁C-C截面的校驗(yàn)系數(shù)為0.57～1.05之間，表明該測(cè)試截面的結(jié)構(gòu)整體受力性能能滿足設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求。荷載卸除后，該橋跨測(cè)試截面的實(shí)測(cè)殘余應(yīng)變較小，符合相關(guān)規(guī)范要求。此外，1#、2#梁校驗(yàn)系數(shù)接近于1，表明橋梁部分梁體安全儲(chǔ)備較小，梁體性能有所降低。

3 動(dòng)態(tài)特性分析

動(dòng)載試驗(yàn)主要用于綜合了解結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性以及結(jié)構(gòu)抵抗受迫振動(dòng)和突發(fā)荷載作用的能力，以判斷結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)和實(shí)際承載能力，同時(shí)也為使用階段結(jié)構(gòu)評(píng)估積累原始數(shù)據(jù)[3]。

本次動(dòng)載試驗(yàn)采用單輛試驗(yàn)載重汽車以10km/h、20km/h、40km/h、60km/h的速度在6#～8#梁之間的橋面上行使，測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在行車狀態(tài)下的動(dòng)應(yīng)變、沖擊系數(shù)，分析橋梁的自振頻率和阻尼特性，動(dòng)應(yīng)變觀測(cè)位置位于橋梁中心的5#和7#梁。

3.1 自振頻率和阻尼特性

在大橋邊跨的一階豎向自振頻率實(shí)測(cè)值分別為2.26～3.13Hz，其均值為2.87，與計(jì)算頻率的比值分別為0.94～1.31，其均值為1.20，平均結(jié)構(gòu)自振頻率試驗(yàn)值略大于計(jì)算值，表明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度。

跑車試驗(yàn)在10～60km/h所測(cè)得一階豎向振型的阻尼比為0.01～0.05，在正常范圍0.01～0.08之間，但是橋梁的阻尼比較大，表明橋梁性能衰退，整體性不強(qiáng)[4，5]。

3.2 行車動(dòng)力響應(yīng)

10km/h～40km/h跑車試驗(yàn)，5#和7#梁C-C截面的應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)（1+？滋）為1.09～1.16，其實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力增大效應(yīng)小于設(shè)計(jì)規(guī)范取值（1+？滋=1.16），然而在60km/h跑車試驗(yàn)中，5#和7#梁C-C截面最大實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力增大效應(yīng)（1.25、1.26）均大于設(shè)計(jì)規(guī)范取值，說(shuō)明橋梁在60km/h動(dòng)態(tài)荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)大于設(shè)計(jì)值，動(dòng)荷載實(shí)際產(chǎn)生的沖擊作用比規(guī)范考慮的要大[6，7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

橋梁C-C截面的校驗(yàn)系數(shù)為0.5～1.05之間，表明該測(cè)試截面的結(jié)構(gòu)整體受力性能能滿足設(shè)計(jì)荷載正常使用的要求。

本橋撓度校驗(yàn)系數(shù)處于正常范圍之內(nèi)，在試驗(yàn)荷載作用下，最大撓度小于設(shè)計(jì)控制值，滿足規(guī)范要求；橋梁主要控制點(diǎn)均小于20%控制值，結(jié)構(gòu)剛度符合設(shè)計(jì)荷載要求。

在大橋邊跨的一階豎向自振頻率實(shí)測(cè)值均值為2.87，大于計(jì)算值，表明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度；跑車試驗(yàn)測(cè)得一階豎向振型的阻尼比為0.01～0.05，處于正常范圍0.01～0.08之間。

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