达州金龙大桥静、动载试验及分析

寇子鹏,马 戎,孙 勇

（1.中交公路规划设计院有限公司成都分公司；2.西南交通大学峨眉校区土木工程系；3.东北林业大学土木工程学院）

1 工程概况

达州金龙大桥主桥上部结构为三跨预应力混凝土连续刚构桥,跨径布置为88m+150m+88m。主桥为预应力混凝土结构为分幅式箱梁。每幅主桥采用单箱单室截面,箱梁顶板宽15m,底板宽9m,外翼板悬臂长3m,桥面纵坡2.49％,顶板设2％的单向横坡。跨中及边跨支架现浇段梁高3.2m,墩梁相接的根部断面及墩顶0#梁段的梁高9.5m,其梁高按1.7次抛物线变化。车辆荷载等级：城-A级,人群荷载：3.5 kN/m2。

2 试验方案

为检验桥梁结构的力学性能是否满足设计要求,承载力是否满足设计标准,以及检验其运营使用性能,对达州金龙大桥进行静、动载试验。

2.1 试验内容

主要测试主梁各控制截面相应的试验荷载及工况下的数据。

（1）桥梁资料调查。

包括桥梁结构竣工资料搜集和桥梁结构现状检查两部分。设计图纸、计算书、变更设计和作为设计依据的原始资料、监理资料等,资料不全的分部结构要做说明。

对该桥的结构几何尺寸和梁体线形、支座标高进行调查。进行裂缝检查及桥面检查,观察裂缝是否存在并分析其状态及影响。

（2）静载试验内容。

①测试西外开发区侧边跨跨中（附近）最大正弯矩（AA断面）、主跨内支点（附近）最大负弯矩（B-B断面）、主跨L/4处正弯矩（C-C断面）、跨中最大正弯矩（D-D断面）、连续刚构固结墩墩身最大弯矩（E-E断面）,断面位置如图1所示。

②对各测试断面进行应力测试；对各加载工况下的主跨与边跨按1/4等分点处挠度进行测试、对支座处竖向、水平位移进行测试；各考察断面偏载系数及荷载横向分布系数检验。

③动载试验内容。

a自振特性试验。包括桥梁整体结构和试验桥跨结构的低阶振型、基频、阻尼。

b激振试验（跑车、跳车与制动）。针对主跨结构跨中截面进行,测试内容包括：5、10、15、20、30、40、50、60 km/h等8种速度跑车效应、跳车效应和制动效应（动应变及冲击系数）。

图1 测点断面布置图（单位：cm）

2.2 测点布置

根据荷载试验内容和试验桥跨特点,应变测试采用表面应变计,布置在测试断面箱形梁内混凝土表面。在边跨及主跨上、下游均按1/4等分处桥面布置28个静态挠度观测点；在试验桥跨上、下游支座处布置竖向、水平位移观测点。在桥面布置拾振器,在主跨跨中（D-D断面）箱梁顶及底部布置动应变测点。

2.3 加载工况

（1）静力试验荷载确定原则。

采用载重车充当试验荷载,所需车辆荷载的数量,根据桥梁结构检算得到的桥梁结构测试断面在控制荷载下产生的最大弯矩之最不利效应值及等效换算而得。达州金龙大桥为城市桥梁,在实际加载过程中,为了满足缩短试验时间以及简化工况的目的,根据桥梁结构检算结果并且实施试验控制以保证结构安全的前提下,静载荷载效率系数可以加大。

式中：η为静力试验荷载效率；Sstate为试验荷载作用下某一检验项目最大效应值；S为设计控制荷载作用下检验项目的最不利效应值；μ为规范采用的冲击系数。

（2）试验荷载与加载工况。

试验荷载根据桥梁结构检算确定的各个控制截面的最不利弯矩,通过等效的试验车辆荷载加载到相应位置。采用10台各总重为35 t、6台各总重为25 t双桥载重汽车布载。汽车参数见图2。

图2 现场用加载车辆示意图（单位：cm）

各加载工况车辆布置图如图3所示。

图3 各加载工况车辆布置图（单位：cm）

达州金龙大桥梁结构为箱形截面,截面受力性状较复杂。本试验采用平面杆系有限元分析方法,把桥墩和主梁结构离散为130个单元和141个节点,其中主梁由109个单元组成。详细分析结果见表1试验荷载效率。

2.4 测试方法与设备

本试验将加载过程分成预加载和2～4级加载,两级卸载。加载方式为单次逐级递加到最大荷载,然后逐级卸到零级荷载。以达到对桥梁结构承载能力实现有效鉴定的效果。静力试验荷载的加载分级,主要依据是由试验截面最大弯矩的最不利效应值的40％、60％、80％、100％等级所需要的加载车辆而确定,对同一加载截面,先分级加载,横向对称加载。一旦出现不良状态,立即终止加载程序。

表1 试验荷载效率

各测试断面的应力,采用在梁体表贴箔式应变计,由7V 14电阻应变测量系统测量,温度补偿用搁置在测点附近事先贴好应变计的混凝土块实现补偿。每一观测截面处设一观测站。在桥面上、下游侧等距离布置测点,经支座沉降修正得到桥跨结构在和荷载作用下挠度。

动力试验拟采用脉动法或重车激振余振法进行自振频率测试,动应力是根据静载试验结果,在各种车速及工况下进行试验；截面冲击采用动应力来换算；内力影响线测试、动态增大效应也采用动应力换算的方法进行。

3 试验结果及分析

3.1 静载试验结果

各工况下桥跨结构挠度实测值及其与计算值比较可知：主梁各挠度考察断面上、下游挠度实测值基本一致且与理论计算值接近,表现规律一致,挠度校验系数在0.63～0.97之间。表明桥梁结构具有足够的刚度,满足设计要求。

工况D偏载作用下主跨各测试断面挠度比较与分析可知：主梁挠度偏载增大系数在1.06～1.15之间,与理论计算取用值1.15接近,表明桥梁结构具有良好的抗扭性能。

3.2 动载测试结果

实测桥跨结构水平横向弯曲振动一阶频率（基频）为1.18Hz,相应阻尼比为1.70％；竖向弯曲振动第一阶频率为1.24Hz,相应阻尼比为3.21％,竖向弯曲振动第二阶频率为2.61Hz。桥梁结构竖向弯曲振动基频、水平横向振动基频以及其结构阻尼系数均在正常范围内,表明桥跨结构具有足够的抗弯刚度,动力性能满足设计及使用要求。

4 结论

通过对达州金龙大桥的静、动载试验检测,表明达州金龙大桥在各工况下的最不利截面应力、主梁位移及结构整体响应特征的实测值与理论计算值符合良好。桥梁结构各项性能指标均符合规范要求,桥梁具有较的刚度、竖向振幅较小。达州金龙大桥结构设计合理、工程施工质量优良、性能可靠、适用性好、可满足正常的使用要求。

[1]中华人民共和国交通部.JTG60-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵计规范[S].

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