大跨PC連續梁橋荷載試驗研究（交通）

                        周金枝¹  謝  瑛¹  張若鋼²

（1．湖北工業大學土木工程與建筑學院武漢430068;  2．中鐵大橋科學研究院有限公司  武漢430034）

摘要橋梁荷載試驗是對大跨度橋梁的承載能力和結構性能進行評價的有效手段。以某大跨

PC連續梁橋為例，利用Midas軟件建立有限元分析模型，依據相關規范規程對該橋進行荷載試驗以及相應的分析，試驗數據表明該橋主橋承載能力滿足設計要求。

關鍵詞  橋梁  荷載試驗  承載能力  有限元分析應力  撓度

    為保證橋梁的交通安全并盡可能延長橋梁的使用壽命，需要對橋梁當前狀態下的承載能力進行評定。橋梁荷載試驗是判定橋梁承載力性能最直接有效的方法之一。本文以某大跨PC連續梁橋為例，通過試驗對該橋承載能力狀況與使用條件做出總體評價。

1橋梁概況

    某大跨PC連續梁橋主橋上部結構為45 m+65 m+14×80 m+65 m+45 m-聯預應力混凝

土變截面連續箱梁，梁體為寬翼緣斜腹板單箱單室截面。主橋橫向為一個單箱結構，主橋梁體為寬翼緣斜腹板單箱單室梁，主橋箱梁頂板寬20m，底板寬8. 45～6.68 m，跨中梁高2.4 m，支點處梁高5.1 m，全橋梁體施工采用掛籃懸臂澆筑。橋面布置為0.5 m（護欄）+9 m（行車道）+1.0 m（中央護欄）+9 m（行車道）+0.5 m（護欄），該橋橋面車道布置為雙向4車道（非標準），設計荷載：汽一超20級、掛-120?；钶d效應按4車道計算，橫向折減系數0.7（汽一超20級）。該橋立面圖及斷面圖見圖1。

2  有限元模型

    在荷載試驗前，通過Midas/Civil建立橋梁結構有限元模型，進行結構靜力、動力計算分析。靜力分析：計算汽車（或人群）荷載作用下各控制截面內力，并根據靜載試驗基本原則，確定各控制斷面加載輪位，輸出各試驗工況結構效應的理論數值，以此作為試驗參考依據，保證靜載試驗安全順利地進行。動力分析：分析結構的振動主模態，初步了解結構的振動特性，為動力測點的布置和實橋模態分析奠定基礎。

    仿真模型中混凝土主梁采用梁單元，全橋共劃分427個節點，426個單元，模型中除1個支座為固定支座外，其余均為活動支座，即釋放該節點處的梁端轉角和縱向位移，有限元模型見圖2。

3靜載試驗

    靜力荷載試驗是指通過在橋梁結構上施加與設計荷載或使用荷載基本相當的靜態外加荷載，利用檢測儀器測試橋梁結構控制部位與控制截面的力學效應，從而評定橋梁承載能力。主要試驗內容為：在靜載作用下結構的位移、結構控制截面的應力分布、外觀及裂縫觀測。主要試驗原則：靜載試驗各工況下所需加載車輛的數量，將根據設計標準活荷載產生的某工況下的最不利效應值，按下式所定原則等效換算而得（注：該橋建于1990年，鑒于設計以及相關要求，靜載試驗效率參用《公路舊橋承載能力鑒定方法》（試行））：

3.1  測試截面及測點布置

    根據試驗跨的結構特點和受力特性，并結合規程要求，選取以下試驗截面，見表1。

    考慮到箱梁高度遠大于箱壁厚度，將各測試截面上的應變測點全部布置在箱內，底板測點布設在底板上表面，頂板測點布設在頂板下表面。

3.2加載工況及效率

    由《公路橋梁承載能力檢測評定規程》對試驗項目的原則規定，針對上述結構控制截面，按照有限元計算的內力包絡圖和內力影響線結果，確定試驗跨以及靜力加載工況如下。

    主梁各測試截面的試驗荷載效應與標準荷載效應對比列于表2。由表2可見，各截面加載效率均大于規定值80%，試驗滿足規范要求。

3.3試驗結果與分析

3.3.1  主梁應力分析

各工況靜載試驗應力結果見表3。

    由表3可見，實測應力校驗系數在0. 54～0. 98之間，實測值均小于計算值，梁體強度滿足設計要求，卸載后，殘余應變較小，底板殘余應變率均低于20%，結構處于彈性工作狀態。

3.3.2  主梁撓度分析

各工況靜載試驗撓度結果見表4。

    由表4分析得知，試驗荷載下撓跨比均小于規范限值(L/600)，各測點校驗系數在0.65～

0. 81之間，實測結構剛度滿足要求。

4動載試驗

    動載試驗是利用車輛荷載（或環境）激起橋梁結構的振動，然后測定其固有頻率、阻尼比、振型、沖擊系數、行車響應等參數，從而判斷橋梁結構的整體動力剛度、行車性能。

4.1  脈動試驗結果及分析

    脈動試驗主要測量主橋的自振頻率、振型和阻尼比。脈動試驗測點布置見圖3。

通過對該主橋各測點采集到的脈動信號進行剪切、濾波、加窗、細化等處理，經頻域和時域分析，得到了主橋梁體豎向低階彎曲振動頻率及相應振型、阻尼比，如表5所列。鑒于帶通濾波相當于對頻域信號進行非均勻加權，因此表5中給出的阻尼比要略小于實際值。從分析結果可以看出實測低階頻率均大于計算值，表明實際橋梁剛度滿足設計要求。

4.2  沖擊系數分析

    實測該橋主橋結構基頻為1. 075 Hz，該橋設計沖擊系數取值為0. 05。2次動撓度測試跑車試驗沖擊系數實測沖擊系數最大值為0. 07，此時平均值為0.05，等于設計沖擊系數值，符合規范要求。

5結論

    (1)在試驗荷載作用下受力控制斷面的實測應力、撓度值均小于計算值，實測應力在正常范圍之內，梁體強度、剛度滿足設計及規范要求。

    (2)各工況卸載后，殘余應變及殘余變形均在規范規定的20%以內，說明結構產生的變形能夠得到恢復，結構處于彈性工作狀態。

    (3)實測低階頻率均大于計算值，表明實際橋梁剛度滿足設計要求。上部結構實測自振頻率與理論計算頻率的比值大于1.1，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG／T J21-2011)，該橋主橋自振頻率評定標度為1。

    (4)各試驗跨實測沖擊系數等于設計沖擊系數值，滿足設計要求。