基于动静载试验的某市政桥梁性能评价

白 冰 峰

(甘肃省交通厅，甘肃 兰州 730030)

基于动静载试验的某市政桥梁性能评价

白 冰 峰

(甘肃省交通厅，甘肃 兰州 730030)

针对某市政桥梁的成桥状态和性能进行了检测和评价，通过利用重车对桥梁进行静载和动载试验，测量了桥梁跨中截面的竖向挠度和应力(应变)分布、构件的开裂情况、控制截面的冲击系数、结构的动力特性等指标，进而对该桥梁的性能进行评估，研究结果表明该桥承载能力及工作状况符合设计要求和满足正常的使用要求。

成桥检测，静载试验，动载试验，安全评估

1 工程概况

某城市桥梁匝道工程全长480 m，包含上下匝道桥梁、道路扩改建等。其西侧上行匝道全长297.56 m，布置形式为1台15墩，由15跨构成，桥宽7 m，采用预应力空心板结构及现浇板结构；东侧下行匝道全长379.05 m，其布置形式为1台15墩，由15跨构成，桥宽7 m，采用现浇连续箱梁与钢箱梁结构。该桥梁上、下匝道设计荷载标准均为城—A级。桥墩为矩形和圆柱形单柱式桥墩，基础采用钻孔灌注桩基础。为了解该匝道结构的力学特性及其工作状态是否符合设计标准和使用要求，对该桥梁实施了静、动载试验和评估[1，2]。本文以西侧上行匝道为对象，对其试验过程和成果进行了分析。

2 静载试验

2.1 加载原则及加载方式

荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载，当客观条件所限，采用的试验荷载与控制荷载有差别时，为保证试验效果，在选择试验荷载的大小和加载位置时应采用式(1)所定义的静力试验荷载效率系数进行控制。

(1)

其中，Sstat为静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；S为

计入冲击系数(1+μ)的控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；η为静力试验荷载效率系数，通常应在0.8～1.0之间。

根据结构的受力状态，拟选取试验跨段的跨中截面作为控制截面，观察其在荷载作用下的受力性能[3]。通过计算，为了保证试验荷载的效率系数，本次加载选用1辆30 t和1辆20 t的重车进行加载，加载方式如图1所示，其相对于跨中截面弯矩的荷载效率系数为0.91。

2.2 试验项目

1)外观检查。试验前、后分别对全桥进行外观检查，主要检查裂缝的出现和扩展。观察结构在试验荷载的作用下是否有裂缝产生，若有，则记录裂缝产生部位、宽度、长度、间距、方向和性状，以及卸载后的闭合情况[4]。

2)挠度量测。简支板在试验荷载作用下的竖向挠度由百分表测得。图2为简支板跨中截面底部的百分表布置图，共4个。图3为两端支座处的百分表布置图，每边3个，共6个。

3)应变测量。本次试验应变测点布置如图4所示，包括简支板跨中截面底部的6个及1号、6号板侧的6个，共计12个测点。

应变值采用粘贴电阻式应变片的方法获取。

2.3 试验结果与分析

1)挠度测试结果。试验测得的跨中挠度值减去支座沉降量，即可得到跨中截面在试验荷载下的实际挠度值。表1列出了经数据整理后的跨中截面各挠度测点的最终实测值。为便于比较，表中还同时给出了其理论计算值与校验系数。而试验荷载下跨中截面实测挠度的横向分布如图5所示。

表1 跨中截面各测点的最终挠度值

从表1可以看出简支空心板桥控制截面在试验荷载作用下所发生的最大挠度小于其相应的理论值，其他各校验系数均小于1.0，且残余较小，说明结构弹性性能好，承载力与刚度均满足要求。

2)应变测试结果。简支空心板桥的控制截面在试验荷载作用下，应变的各校验系数均小于1.0，且残余应变较小，实测应变沿截面高度基本呈线性分布，表明桥梁中空心板处于良好的弹性工作状态。

3 动载试验

3.1 加载方式

1)跑车试验。1辆20 t的车，分别以10 km/h和30 km/h的速度匀速通过桥梁。

2)跳车试验。1辆20 t的单车，车轮位置居桥中，以10 km/h的车速越过跨中桥面高10 cm的三角木之后及时刹车。

3.2 试验项目

1)动挠度测量。简支板在试验荷载作用下的动挠度利用动挠度计测量。动挠度计共3个，布置于跨中截面，如图6所示。试验采样频率为100 Hz。

2)加速度测量。简支板在试验荷载作用下的加速度响应利用加速度计测量。加速度计共2个，布置于该跨段的跨中截面，如图7所示。试验采样频率为100 Hz。

3.3 试验结果分析

1)跑车试验。车辆分别以10 km/h和30 km/h的速度匀速通过该桥梁时，测试截面处的动挠度响应如图8所示，加速度响应及其功率谱如图9所示。

2)跳车试验。跳车试验测得的跨中截面动挠度反应见图10。桥面加速度反应及其功率谱见图11。

3)冲击系数测定。将跑车工况中测得的跨中截面动挠度的最大幅值与相应的静挠度相比，可得到该桥的冲击系数，列于表2。

4)动力特性测定。经数据分析处理后得到的桥梁结构动力特性值(振动频率、阻尼)列于表3。

表2 冲击系数(1+μ)

表3 动力特性测定值

可以看出，该空心板简支梁桥实测竖向基频为9.04 Hz，大于理论计算值，表明结构的实际刚度比理论值大。另外，从表2可以看出，实测桥梁的冲击系数不大，小于《桥规》规定的允许值，表明该桥冲击系数符合使用要求。

4 结语

通过对该桥梁进行的静载以及动载试验，可以得出以下几点结论：

1)各工况下，所测结构的控制挠度均小于理论值，且在允许范围内，刚度满足要求；

2)各工况下，所测结构的控制应变小于理论值。实测应变沿截面高度基本呈线性分布；

3)各工况下，全部荷载卸除后，结构变形的残余很小，表明结构处于良好的弹性工作状态；

4)加载过程中，对控制截面附近、盖梁等进行了裂缝观测，均未发现裂缝，抗裂性能满足要求；

5)结构实测频率高于理论值，其动刚度优于设计值；

6)在跑车和跳车荷载作用下，结构各部位反应平稳，无异常现象发生。实测桥梁的冲击系数不大，符合使用要求。

综上所述，该桥承载能力及工作状况符合设计要求和满足正常的使用要求。

[1] JTJ 021-89,公路桥涵设计通用规范[S].

[2] CJJ 11-93,城市桥梁设计准则[S].

[3] 潘松林,张红阳.公路桥梁检测概述[J].城市道桥与防洪,2003(5):5-8.

[4] 吴建奇，郑 晓，张婷婷.桥梁检测中的静载试验研究[J].铁道建筑,2011(2):42-44.

Performance evaluation of a municipal bridge based on static and dynamic load test

BAI Bing-feng

(GausuProvincialCommunicationsDepartment,Lanzhou730030,China)

The paper test the state of a completed trafficway bridge. The test include static load test and dynamic load test, and the load is provided by heavy truck. The vertical deflection value, distribution of stress(strain), cracks of the components, impact coefficient of the control section, dynamic characteristics of the bridge can be obtained by the test. Test results show that the carrying capacity and working state of the bridge meet the demands of design and regular service.

test of completed bridge, static load test, dynamic load test, safety evaluation

1009-6825(2014)35-0202-03

2014-10-10

白冰峰(1981- )，男，工程师

TU352

A