張軍飛 ZHANG Jun-fei

（安徽省公路橋梁工程有限公司，合肥 230031）

1 工程概況

谷河特大橋全長1247m，雙幅布置。其中主橋長220m，引橋長1027m。主橋采用60m+100m+60m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，雙幅布置，該橋設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級，分幅橋面凈寬：0.5m（護(hù)欄）+0.5m（路緣帶）+3.0m（硬路肩）+3.75m×3（車行道）+0.5m（路緣帶）+0.5m（護(hù)欄）=16.25m，該橋2021 年建成。

2 檢測目的

本次檢測為交工前的質(zhì)量檢測，通過靜載試驗、動載試驗，檢測試驗橋跨結(jié)構(gòu)的承載力、結(jié)構(gòu)變形及正常使用狀態(tài)是否滿足設(shè)計要求。受檢橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng)性能是否正常。真實客觀地反映工程質(zhì)量情況，為交工驗收、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)的依據(jù)。

3 主要檢測內(nèi)容

3.1 靜載試驗

相應(yīng)測試工況下，試驗橋跨測試截面應(yīng)力（應(yīng)變）檢測；相應(yīng)測試工況下，試驗橋跨測試截面撓度檢測；相應(yīng)測試工況下，試驗橋跨測試截面附近裂縫監(jiān)測；試驗加載過程中，異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。

3.2 動載試驗

動力荷載試驗是為了測定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性，通過動載試驗評定該橋的行車性能以及行車安全性和舒適度。本次動力荷載試驗主要測試內(nèi)容有：動載試驗是測量橋梁結(jié)構(gòu)在動載下的自振特性或受迫振動特性，通過動載試驗評價橋梁的行車性能、行車安全性。本次動載試驗的主要試驗內(nèi)容如下：①上部結(jié)構(gòu)的動力性能：自振頻率；②汽車負(fù)載下的跑車測試：動態(tài)響應(yīng)和沖擊系數(shù)；③汽車負(fù)載下的剎車試驗：動態(tài)響應(yīng)和沖擊系數(shù)；④結(jié)構(gòu)的模態(tài)。

4 有限元模型的建立

谷河特大橋主線橋左右幅相同，在Midas Civil 2021中只對左幅建立有限元模型，主梁用懸臂法建模助手進(jìn)行建立，再對梁段離散，最后用PSC 建模助手修改截面，使截面的變化符合設(shè)計要求的變化規(guī)律，通過Midas CDN 2021 建立加載方案。在建模的過程中假定：①混凝土為理想彈性材料；②不考慮橋面鋪裝對橋梁抗彎能力影響，僅作為荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，考慮其對基頻的影響；不考慮鋼筋對截面剛度的貢獻(xiàn)；③符合平截面假設(shè)。

5 試驗方案

5.1 設(shè)計控制荷載

按照設(shè)計荷載（公路-Ⅰ級），用三車道進(jìn)行縱向布載，考慮沖擊系數(shù)的控制截面的內(nèi)力值（彎矩）并以此作為測試加載的依據(jù)。計算在公路-Ⅰ級荷載作用下各控制截面的最大內(nèi)力，并根據(jù)該沽河特大橋該位置的縱向影響線，通過測試試驗車進(jìn)行等效加載，使加載效率達(dá)到規(guī)范要求。

5.2 試驗荷載

以設(shè)計正常使用移動荷載作為加載控制載荷，按控制斷面內(nèi)力（彎矩）等效原理進(jìn)行載荷分配，并使控制截面的試驗荷載效率滿足檢測規(guī)程的要求。試驗車輛規(guī)格以及數(shù)量根據(jù)結(jié)構(gòu)分析以及荷載等效計算結(jié)果確定。正式試驗前，對所有裝載車輛進(jìn)行稱重，并根據(jù)試驗車輛的實際稱重結(jié)果對車輛進(jìn)行分組，并確定車輛在各種裝載條件下的裝載位置，以保證試驗效率是在合理的范圍內(nèi)。

采用標(biāo)準(zhǔn)三軸載重汽車加載，單輛載重汽車總重為35t，車輛信息及軸重見表1 所示。

表1 加載車輛規(guī)格、數(shù)量要求（三軸車）

5.3 靜載試驗應(yīng)變測試截面和測點(diǎn)布置

根據(jù)委托合同和沽河特大橋的受力特性，應(yīng)力測試截面選邊跨最大正彎截面K1、墩頂最大負(fù)彎截面K2、中跨最大正彎截面K3，靜載試驗測試截面布置見圖1，截面靜應(yīng)變測點(diǎn)布置見圖2。

圖1 靜載測試斷面位置示意圖（單位：cm）

圖2 K1~K3 斷面靜應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

5.4 靜載試驗撓度測點(diǎn)布置

按照連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力特性，撓度測試截面選取邊跨最大正彎截面K1、中跨最大正彎截面K3，撓度測點(diǎn)見圖3。

圖3 K1、K3 斷面撓度測點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

5.5 動載試驗測試截面和測點(diǎn)布置

按照連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力特性，動力響應(yīng)和動力特性測試截面選取截面K1、K3，動應(yīng)變點(diǎn)和靜載荷試驗應(yīng)變點(diǎn)相同，具體見圖2。按照連續(xù)梁結(jié)構(gòu)受力特性，模態(tài)測試測點(diǎn)選擇邊跨4 分點(diǎn)和中跨8 分點(diǎn)，共13 個測點(diǎn)，測點(diǎn)布置示意圖見圖4，其中D7 為不動點(diǎn)。

圖4 模態(tài)測試測點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

5.6 各工況加載效率及車位布置

根據(jù)谷河特大橋靜載測試內(nèi)容和谷河特大橋結(jié)構(gòu)計算分析的結(jié)果，制定靜載試驗工況如下?？刂平孛嬖谠O(shè)計荷載作用下的內(nèi)力值見表2 所示。

表2 試驗截面在設(shè)計荷載作用下的內(nèi)力計算值

5.7 谷河特大橋靜力試驗各加載工況荷載布置見圖5～圖7。

圖5 K1 截面最大正彎矩加載車平面布置圖（單位：cm）

圖7 K2 截面最大正彎矩加載車平面布置圖（單位：cm）

6 靜載試驗數(shù)據(jù)處理

6.1 靜載試驗結(jié)果 荷載按照預(yù)定的順序分三級逐次加載，并對試驗測試值與分析計算值進(jìn)行比較，在6 個試驗工況荷載作用下，谷河特大橋相應(yīng)控制截面上主要測點(diǎn)應(yīng)變和撓度計算值、實測值及校驗系數(shù)、殘余值及相對殘余見表3～表4；在各工況試驗荷載作用下，對谷河特大橋左幅各觀測截面附近梁體的混凝土外表面做了仔細(xì)觀察，未發(fā)現(xiàn)新增可觀測裂縫等異?，F(xiàn)象。

表3 各工況滿載下校驗系數(shù)匯總表（左幅）

表4 各工況滿載下校驗系數(shù)匯總表（右幅）

圖6 K3 截面最大正彎矩加載車平面布置圖（單位：cm）

6.2 動載試驗結(jié)果 動載試驗是利用一定的激振方式對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行激振，測量其固有頻率、動力響應(yīng)系數(shù)等參數(shù)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、動力特性和性能。根據(jù)谷河特大橋特點(diǎn)和現(xiàn)場條件，動載試驗主要進(jìn)行脈動試驗和行車試驗，測試結(jié)果見表5。

表5 動載試驗結(jié)果匯總表

7 檢測結(jié)論

在靜載工況1～工況6 試驗荷載下，谷河特大橋左右幅主要測點(diǎn)撓度和應(yīng)變實測值均小于理論計算載值，校驗系數(shù)小于1，卸載后相對殘余變形在20%范圍內(nèi)，滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求，說明橋跨結(jié)構(gòu)豎向剛度滿足要求，橋跨結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。谷河特大橋左幅一階垂直振動頻率的實測值為1.465Hz，大于其相應(yīng)的理論計算值1.017Hz，說明谷河特大橋左幅主橋結(jié)構(gòu)的整體剛度正常，各跑車工況下，橋梁受檢橋跨各截面實測沖擊系數(shù)最大值為0.042；谷河特大橋右幅一階垂直振動頻率的實測值為1.440Hz，大于其相應(yīng)的理論計算值1.017Hz，說明谷河特大橋右幅主橋結(jié)構(gòu)剛度正常，各跑車工況下，橋梁受檢橋跨各截面實測沖擊系數(shù)最大值為0.045。綜上判斷，谷河大橋左右幅受檢橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng)性能正常。谷河特大橋左右幅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度符合交通部頒發(fā)的《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）和《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）中所規(guī)定的要求，其現(xiàn)有承載能力滿足設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路－Ⅰ級荷載作用下的正常使用要求。

8 建議

根據(jù)現(xiàn)場檢測情況，建議如下：①為保證橋梁結(jié)構(gòu)在營運(yùn)期間的安全性和耐久性，建議相關(guān)部門加強(qiáng)對通行車輛的管理，嚴(yán)格按照設(shè)計荷載進(jìn)行限載通行；②根據(jù)《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》（JTG H11-2004）進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。