公路桥梁动静载试验研究

李玉春

(怀化沅江电力开发有限责任公司,湖南怀化　418106)

公路桥梁动静载试验研究

李玉春

(怀化沅江电力开发有限责任公司,湖南怀化418106)

桥梁动、静载试验是确保桥梁在运营阶段安全可靠的基本判断方法,通过对新建或旧有桥梁进行动、静载试验,理论与试验结果进行对比分析,可有效判断桥梁的承载能力及施工质量情况[1-2]。本研究以湖南怀化朗江至漠滨公路桥梁中一座4×20m,“T”型简支梁桥为背景,对其安全性和长期使用性能进行评估,为该类桥梁安全检测提供参考。

桥梁动载试验静载试验承载能力

1　背景

湖南省托口水电站会同库区朗江至漠滨公路等级为四级，设计速度为20km/h，路基宽6.5m，路面宽6.0m，路面采用沥青混凝土路面，路线复建里程19.49km，其中，大中桥梁813.48/10座。项目实施过程中，会同县人民政府拟与五凌公司一起将该公路桥梁按省道干线三级公路桥梁标准(设计速度为30km/h，路基宽7.5m，路面宽6.5m)实施。

图2.1　试验跨“T”梁计算模型

图2.2　试验跨简支梁活载弯矩效应图(kN·m)

图2.3　T梁应变测点布置(单位:cm)

图2.4　位移测点布置图一

2　试验跨的选择

试验跨的选择将结合结构计算、桥梁检查工作进行。在建设单位和监理单位的指导下，根据设计图纸，经过现场考察并与施工单位协商后进行确定，选择施工中存在一定问题的桥跨、结构受力最不利、相对结构技术状况较差、便于搭设支架和设置测点以及加荷方便的桥跨。对于跨数较多的桥梁适当增加试验跨。还将对桥址情况进行调查，包括桥上与两端线路技术状况，桥下净空、水深、通航、桥址供电等，依此选择合适的加载方式、量测手段、安全措施。

3　静载试验

在已有技术资料的基础上，模拟试验状态对桥梁进行理论计算分析，由桥梁结构静力分析确定静力荷载试验内力控制截面、试验荷载、加载工况、加载位置、测点布置等。通过理论计算使试验人员对试验结果有初步估计。理论计算力求与实际情况吻合，并能反应桥梁结构在荷载作用下的使用性能与工作状态。

本次试验采用桥梁专用分能反应桥梁结构在荷载作用下的使用性能与工作状析计算软件 M idas/Civil 对其进行试验荷载的静力理论计算。

3.1有限元建模

采用M idas/civil建立单梁有限元模型，其中试验跨简支T梁共划分20个单元，21个结点。结构计算简图如图2.1所示。

3.2有限元分析结果

图2.5　第一级加载示意图(尺寸单位:cm)

图2.6　第二级加载示意图(尺寸单位:cm)

图2.7　第三级加载示意图(尺寸单位:cm)

图2.8　应变测试结果比较图

图3.1　试验跨T梁一阶自振模态

图2.9　挠度测试结果比较图

图3.2　4×20m简支T梁刹车试验频域分析图

根据设计资料，按照公路-II级荷载标准，根据桥梁的固有频率计算冲击系数，试验跨简支梁的活载效应。如图2.2所示。

3.3测点布置

3.3.1应变测点

应变测点布置如图2.3所示，采用振弦式应变计和配套的测试仪进行应变检测。

3.3.2挠度测点

桥梁挠度测量时，桥台处设置一台精密数字式水准仪，测尺布置在试验跨的1L/4、1L/2、3L/4位置以及相邻跨的1L/2处。挠度测点布置如图2.4所示。

3.4加载

3.4.1加载效率

跟据《公路桥梁承载能力检测评定规程》的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构承载能力，一般静载试验效率系数:

3.4.2加载工况

经计算分析表明:本次试验加载采用4台重约240kN的加载车。加载车分3级加载，其中一级加载2台车，二级加载3台车，三级加载4台车(分别如图2.5～2.7所示)。

3.5测试规则

3.5.1静力加载持续时间

加、卸载的持续时间取决于结构最大变位测点达到稳定标准所需要的时间，实际观测时，一般是取15分钟。

3.5.2终止加载的控制条件

①控制测点变位(或挠度)超过规范允许值时;

②由于加载使结构裂缝长度、宽度急剧增加，新裂缝大量出现，宽度超出允许值的裂缝大量增多，对结构使用寿命造成较大的影响时;

③发生其它破坏，如超过规范允许值等影响桥梁承载能力或正常使用时。

为了确保安全，在第4级加载后，精密水准仪就对最大变位点、应变仪对应变最大点。

3.6试验结果

相应的应变和挠度测试结果与计算结果比较图分别如图2.8与2.9所示。

3.7静载试验小结

(1)结构应变及挠度测量结果与理论值吻合较好，试验跨简支T梁的应变校验系数最大值为0.823，挠度校验系数最大值为0.821，均小于1，满足规范要求，表明结构承载力满足设计荷载要求。

(2)试验跨残余应变与加载应变之比最大值为0.083，残余挠度与加载挠度之比最大值为0.125，均小于0.2，说明结构的回弹性能较好。

(3)试验跨在静载试验下的跨中最大竖向挠度为5.2mm。考虑长期下挠的影响，根据规范计算可得:，小于L/ 600=33.3mm，结构刚度满足规范要求[3-6]。

4　动载试验

4.1测试项目及方法

具体试验项目为跑车试验、刹车试验、跳车试验、脉动试验四项。

4.1.1跑车试验

动力荷载作用于结构上产生的动应变，一般较同样的静荷载所产生的相应静应变大。动应变与静应变的比值称为活荷载的冲击系数。活载冲击系数综合反映了动力荷载对梁体结构的动力作用，它与结构形式，车辆运行速度等因素有关。

4.1.2刹车试验与跳车试验

刹车试验是在桥面无任何障碍的情况下，用2辆试验车以20km/h的车速驶至主跨跨中附近进行紧急刹车试验;跳车试验是用1辆试验车进行跳车试验。激发桥梁水平振动和垂直振动后，采用高灵敏度的拾振器拾取桥梁的振动信号，并经放大器和分析系统得到桥梁的振动响应。最后，通过谱分析求出结构动力特性。

4.1.3脉动试验

脉动试验是指在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的结构微小振动响应。脉动试验只需在周围环境比较安静的条件下进行测试，测点布置、测试方法与跳车试验相同。

4.2理论计算

本桥运用M IDAS/Civil程序进行自振频率与振型的分析，计算模型见图2.2所示，得到试验跨T梁一阶自振模态图，其理论频率为4.7Hz，如图3.1所示。

4.3主要测试结果与分析

根据现场的具体情况本次试验采用刹车试验进行动载测试，主要测试结果包括两个方面:(1)桥梁结构的自振特性:频率、阻尼比等;(2)桥梁结构的动应变时程响应。

试验跨刹车试验加速度时程响应及频域分析图如图3.2所示。

4.4动载试验结果小结

动载试验结果表明:试验跨刹车试验测试结果比较理想，自由衰减振动信号波形较完好，第1阶竖向弯曲振动频率可被准确识别。试验结果表明，试验跨测试频率均比计算频率大，表明各测试跨在整体刚度上是满足要求的。

[1]吴建奇,郑晓,张婷婷.公路桥梁工程的动载试验研究[J].铁道建筑,2011(3):26-28.

[2]廖海峰,黄德义.混凝土桥梁的检测技术及其新发展述论[J].武汉交通管理干部学院学报,2000(4):26-28.

[3]JTG/T J21-2011.公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[4]JTJ F80/1-2004.公路工程质量检验评定标准[S].

[5]JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范[S].

[6]JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及混凝土桥涵设计规范[S].

The dynam ic and static load test of road bridge is the basic judgment method to ensure the safe and reliable of bridge in the operation stage. By doing the dynam ic and static load test to the new or the old bridges,contrasting analysis theoretical and test results,we can judge the bearing capacity and construction quality of bridge effectively.In this research,which is based on one 4×20m、T-beam bridge detection test which is from Hunan Huaihua Langjiang to Mobin,to evaluate its safety and ong term performance,provide reference for such a bridge safety test.

bridge;dynam ic load test;static load test;bearing capacity