不对称跨径的连续梁桥静动载试验研究

汤崇菊，邓 磊

(1．云南第二公路桥梁工程有限公司，云南昆明 650205;2．江西省交通科学研究院，江西 南昌 330038)

1 工程概述

某大桥主桥桥跨布置采用(43+3×76+106+136+76)m三向预应力混凝土变截面连续箱梁［1］。主桥上部结构采用变截面连续箱梁，箱梁顶板宽18.340 m，底板宽7.000～10.056 m;136 m与106 m主跨根部中心梁高8.5 m，76.0 m副跨根部中心梁高5.2 m，跨中中心梁高3.0 m;梁底曲线按1.8次抛物线变化;主桥上部结构箱梁采用C55混凝土。该桥设计荷载为公路—Ⅰ级。桥面横向分布:2.85 m(人行道)+3.5 m(非机动车道)+24 m(机动车道)+3.5 m(非机动车道)+2.85 m(人行道)。

2 试验方案

2.1 结构计算要点

结构理论分析建模要点如下:①计算中采用空间实体单元模拟主梁及横隔板受力，考虑试验荷载下主梁剪力滞、扭转及局部翘曲，使计算结果更接近桥梁实际受力情况;②考虑桥面混凝土铺装参与结构活载受力;③动力计算中考虑二期恒载的影响［2-4］。

2.2 测试内容与方法

根据理论分析结果，试验跨选择25#～29#墩(76 m，106 m，136 m，76 m)进行试验。在主梁各弯矩测试截面(B～I截面)箱内底板上缘布置6个纵桥向应变测点;B，D，E，H，I截面偏载侧腹板沿梁高等分布置4个纵桥向混凝土应变测点;C，F截面偏载侧腹板沿梁高等分布置4个主应力测点;A截面偏载侧腹板布置2个剪应力测点。B，D，E，H，I截面桥面布置3个挠度测点，除各跨控制断面布置挠度测点外，在边跨76 m及主跨136 m偏载侧人行道内侧桥面上测试挠度曲线［5］。

选择各试验跨L/2截面、边跨(76 m)L/4截面、主跨(136 m)L/4截面及L/3截面布置动载试验测点，见图1。

图1 大桥静动载试验测试断面及测点布置示意(单位:m)

2.3 试验加载

通过计算分析，进行如下静载加载试验:①边跨(76 m跨)B-B断面最大正弯矩;②主跨(136 m跨)E-E断面最大正弯矩;③中跨(106 m跨)H-H断面最大正弯矩;④中跨(76 m跨)I-I断面最大正弯矩;⑤主跨(136 m跨)3L/4截面(D-D断面)正弯矩;⑥边支点A-A断面最大剪力;⑦近边跨墩顶(76 m跨与136 m跨间)C-C断面最大负弯矩;⑧中墩顶(136 m跨与106 m跨间)F-F断面最大负弯矩。静载试验加载典型车位图如图2所示［6］。

图2 工况3加载车位(典型车位图，单位:m)

动载试验采用2辆重车进行强迫振动试验。

3 试验结果分析

3.1 静载试验结果分析

各工况下主梁应力校验系数在0.63～0.71范围内，主梁挠度校验系数在0.60～0.62范围内，均满足规范的要求［2，5，7］。偏载试验下，根据实测挠度计算试验桥偏载系数在1.02～1.06，表明实际结构主跨的抗扭刚度大［5，8］。表1列出了控制断面的加载效率、挠度、应力及校验系数。

图3，图4显示桥梁挠度纵向变化曲线线形较好，表明桥梁在试验加载下纵桥向变化规律正常。

3.2 动载试验结果分析

图5为数值模拟下冲击系数随车速的变化关系［9］。不同车速下的实测冲击系数见表2，数值模拟不同桥面等级的冲击系数见表3。从表2和表3可知，该桥在车速10～50 km/h时实测冲击系数为1.018～1.088，该桥桥面等级为A级以上，属较好状态。

表1 控制断面的加载效率、挠度、应力及校验系数

图3 工况3偏载下实测桥梁挠度纵向变化曲线

图4 工况4偏载下实测桥梁挠度纵向变化曲线

图5 数值模拟下冲击系数随车速的变化曲线

表2 实测冲击系数

表3 数值模拟不同桥面等级的冲击系数

表4为各阶实测振动频率与理论值的对比。由表4可知，实测振动频率与其理论值的比值在1.15～1.31之间，说明主桥竖向整体抗弯刚度达到设计要求，并有一定的安全储备。实测各阶振动频率的阻尼比为0.006 5～0.023 0，表明桥梁试验跨段无明显重大病害出现［5-6］。

表4 各阶实测振动频率与理论值对比

4 试验结论

1)静载试验结果表明:在试验荷载下，各试验跨变形平顺、光滑，说明不等跨变截面连续梁在荷载作用下受力、变形协调一致。桥跨结构偏载系数在1.02～1.06之间，表明实际结构主梁的箱形截面抗扭能力强。设计时偏载系数的经验取值1.15偏大，目前箱形桥梁设计偏保守，建议以后类似桥梁设计时偏载系数采用试验值。

2)动载试验结果表明:实际桥梁的整体刚度好于理论预期，结构各阶振动属小阻尼振动。实测结构的整体抗扭能力好于抗弯能力。该桥在车速10～50 km/h时实测冲击系数为1.018～1.088，该桥桥面等级为A级以上，属较好状态。

［1］江西省交通工程质量检测中心．赣州市贡江大桥静动载试验检测报告［R］．南昌:江西省交通工程质量检测中心，2012．

［2］交通部公路科学研究院．大跨径混凝土桥梁的试验方法［Z］．北京:交通部公路科学研究院，1982．

［3］章关永．桥梁结构试验［M］．北京:人民交通出版社，2002．

［4］谌润水，胡钊芳．公路桥梁荷载试验［M］．北京:人民交通出版社，2003．

［5］伍建强，张志勇，林汀，等．Y型塔双索面斜拉悬臂组合结构桥力学性能试验研究［J］．铁道建筑，2012(9):19-22．

［6］万卫红，伍建强，林汀，等．斜塔斜拉—梁拱组合结构桥力学性能试验研究［J］．铁道建筑，2012(8):22-25．

［7］宋一凡，贺栓海．公路桥梁荷载试验与结构评定［M］．北京:人民交通出版社，2002．

［8］陆军．预应力混凝土变截面连续箱梁桥偏载系数研究［J］．现代交通技术，2011(3):23-25．

［9］王德山．多跨连续梁桥荷载试验及承载力评价研究［J］．中外公路，2012(3):121-125．