王倩男

(上海中測行工程檢測咨詢有限公司，上海 200438)

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力簡支梁橋建成于2007年，該橋橫跨某水利工程河道。其上部主要由預(yù)應(yīng)力空心板構(gòu)成，共5跨，每跨9片空心板；板式橡膠支座；其下部用樁柱式墩臺。

2 評估目的

采用靜荷載、動荷載試驗，系統(tǒng)地評估與分析該既有梁橋結(jié)構(gòu)的剛度、強度、振動特性、正常使用性能等，全面評價該河道橋結(jié)構(gòu)體系的承載能力。

3 靜荷載試驗評估與分析

經(jīng)各方技術(shù)核定，選靜載試驗對象為河道橋第5跨，主要檢測參數(shù)為：控制截面撓度與應(yīng)變、裂縫檢測(加載過程中觀察橋面板、橋臺混凝土是否產(chǎn)生裂縫)[1]。

3.1 測點布置

根據(jù)該河道梁橋的實際結(jié)構(gòu)與受力情況，通過橋梁有限元分析軟件Midas/Civil建模計算，分析選擇出靜荷載試驗測試截面位置為第5跨跨中。采用振弦式應(yīng)變計測定各控制截面的應(yīng)變值；將棱鏡布置于橋面各控制截面上，通過全站儀檢測靜荷載作用下的撓度值。

3.2 試驗加載方案

根據(jù)橋梁實際情況及設(shè)計要求，確定公路-Ⅱ級，人群荷載3.5KN/m2為該河道梁橋的理論計算荷載，根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)跨中截面的布置及受力特點建立橋梁整體空間模型，計算結(jié)果如下：①偏載工況下主梁彎矩588.3 kN·m，撓度-11.4mm；②偏載工況下主梁彎矩555.0kN·m，撓度-11.1mm。

加載車輛：為滿足規(guī)范規(guī)定荷載試驗效率要求，本次試驗選取2輛四軸載重車輛作為試驗荷載，為方便布載，所有重車均進行編號，正式加載前對各車輛進行過磅稱重，實際加載時精確記錄車輛實際加載位置，加載車軸重信息如下：

重車①軸重：第1軸8.43t、第2軸8.43t、第3軸16.89t、第4軸16.89t；

重車②軸重：第1軸8.27t、第2軸8.27t、第3軸16.71t、第4軸16.71t。

加載布置及加載效率系數(shù)：車輛加載位置根據(jù)各測試斷面的設(shè)計內(nèi)力值和規(guī)范規(guī)定的試驗荷載效率條件來確定。根據(jù)主梁斷面彎矩影響線，可確定測試控制截面，本次試驗設(shè)置2個加載工況，每個工況分3級加載，試驗車輛加載布置示意圖見圖1。

Ⅰ 偏載工況：第1跨控制截面最大正彎矩 Ⅱ 中載工況：第1跨控制截面最大正彎矩

根據(jù)上述車輛加載位置，可以得到跨中控制截面主梁的試驗荷載效率測定結(jié)果如下：(偏載工況)測試彎矩564.9 kN·m，設(shè)計彎矩588.3 kN·m，測試彎矩與設(shè)計彎矩之比0.96；(中載工況)測試彎矩536.3 kN·m，設(shè)計彎矩555.0 kN·m，測試彎矩與設(shè)計彎矩之比0.97。各測試截面靜載試驗荷載效率滿足JTG/TJ21-01-2015規(guī)定的0.95-1.05要求。

加載方案：首先對橋梁實施預(yù)加載環(huán)節(jié)，在預(yù)加載卸載后，須等結(jié)構(gòu)得到充分零恢復(fù)以后，方可再進入正式加載環(huán)節(jié)。正式加載采用分級加載方式，測試加載流程，見表1[2]。

表1 測試加載流程

3.3 靜荷載試驗結(jié)果

在各工況作用下，進行結(jié)構(gòu)控制截面應(yīng)變、撓度測試，偏載工況作用下控制截面應(yīng)變測試結(jié)果，見表2，典型工況作用下實測撓度及理論分析結(jié)果見表3，其中：“+”表示拉應(yīng)變，“-”表示壓應(yīng)變。偏載工況作用下控制截面撓度測試結(jié)果，見表3。

表2 偏載工況作用下控制截面應(yīng)變測試結(jié)果 με

表3 偏載工況作用下控制截面撓度測試結(jié)果 mm

通過對該橋撓度和應(yīng)變在控制荷載工況作用下的數(shù)據(jù)分析可以得出：在試驗荷載作用下，該橋應(yīng)力與撓度校驗系數(shù)均≤1.0；該橋測試斷面卸載后其相對殘余應(yīng)變及撓度均未超過20%，橋梁結(jié)構(gòu)在卸載后能夠及時恢復(fù)。

4 動荷載試驗評估與分析

4.1 結(jié)構(gòu)自振特性測試

該河道橋為5等跨簡支梁橋，采用有限元分析軟件midas/civil建立結(jié)構(gòu)模型，進行模態(tài)分析，得出順橋向?qū)ΨQ振動結(jié)構(gòu)第1階自振頻率：3.49 Hz，周期0.29s，河道橋第一階振型，見圖2。

圖2 河道橋第1階振型

4.1.1 試驗內(nèi)容及測點布置

通過測定橋梁由風(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機激勵引起的微幅振動來識別結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)(自振頻率、振型及阻尼比)，在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，本次脈動試驗采樣時間30min，根據(jù)JTG/TJ21-01-2015規(guī)定，對簡支梁測試出第1階自振頻率及振型，所有測點均布置在橋面上。自振頻率及振型的測量傳感器采用891-II型加速度傳感器，后續(xù)的調(diào)理器及數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用INV 3020C動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)。

4.1.2 結(jié)構(gòu)自振特性分析

一般在橋梁結(jié)構(gòu)存有缺損等情況下，其自振頻率會有所下降，振型出現(xiàn)變異。本次順橋向?qū)ΨQ振動試驗結(jié)構(gòu)頻率理論值為3.49Hz、頻率實測值為5.15Hz，頻率比1.48，橋梁的第1階振型頻率值均大于第一階振型頻率理論值，表明結(jié)構(gòu)實際整體剛度大于理論剛度。

4.2 結(jié)構(gòu)動力特性測試

4.2.1 試驗內(nèi)容及測點布置

結(jié)構(gòu)動力特性測試時，采用載重汽車勻速通過橋跨結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制截面測點在跑車試驗時記錄的動應(yīng)變或動撓度曲線進行分析處理得出活載沖擊系數(shù)—動力系數(shù)，可按以下公式進行計算。

(1)

式中：ymax為動載作用下該測點最大應(yīng)變(或撓度)值；ymean為相應(yīng)的靜載作用下該測點最大應(yīng)變值(或撓度)值，其值可由動應(yīng)變(或動撓度)曲線求得：

(2)

式中：ymax為相應(yīng)的最大應(yīng)變(或撓度)值；ymin為相應(yīng)的最小應(yīng)變(或撓度)值。

4.2.2 跑車試驗結(jié)果

試驗采用一輛載重汽車，以不相同的速度勻速通過橋跨結(jié)構(gòu)，橋梁典型控制截面測點的動應(yīng)變時間歷程響應(yīng)曲線，應(yīng)變時程曲線(15km/h無障礙行車情況)見圖3。

圖3 應(yīng)變時程曲線(15km/h無障礙行車情況)

動荷載試驗得出：實測中跨跨中沖擊系數(shù)平均值μ=0.071，最大沖擊系數(shù)μ=0.123，均低于理論沖擊系數(shù)(μ=0.205)，說明橋梁結(jié)構(gòu)平順。

5 結(jié) 語

經(jīng)承載能力檢測評估與分析：該河道梁橋結(jié)構(gòu)在靜荷載作用下，整體剛度較大，強度及承載能力可滿足設(shè)計規(guī)范與設(shè)計荷載運營要求。在動荷載作用下，橋梁第一階振型實測頻率大，實測沖擊系數(shù)小，橋梁整體結(jié)構(gòu)平順，實際剛度滿足要求。