多跨连续箱梁静动载试验分析研究

2016-04-15庄清金

福建交通科技 2016年1期

关键词：挠度箱梁桥面

■庄清金

(福建省交通规划设计院，福州　350004)

多跨连续箱梁静动载试验分析研究

■庄清金

(福建省交通规划设计院，福州350004)

摘要桥梁静动载试验是评定桥梁现有技术状态是否满足设计要求的最直接方法。本文以一座多跨等截面连续箱梁为工程背景，进行连续箱梁的静动载试验研究与分析。测试结果表明，等效试验荷载作用下，箱梁结构典型截面应变及挠度的校验系数及残余变形等均满足“规范”要求；测试基频与计算值吻合；实测冲击系数远小于“规范”计算值；加速度值远小于人体舒适限值0.065g。箱梁结构表现了良好受力性能。

关键词静动载箱梁动力应变挠度试验与研究

箱梁结构由于抗弯与抗扭性能优越以及施工方便等原因而得以推广应用[1]。目前进行桥梁结构静动载试验是评定桥梁现有技术状况的最直接方式。通过现场静动载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构承载能力作出总体评价，为竣工验收提供技术依据。也可以通过荷载试验建立桥梁“指纹”档案，为该桥梁后期的养护管理提供依据[2]。本文以一座连续箱梁桥为工程案例，介绍静动载试验过程，测试分析结果可为同类型桥梁设计与管理提供参考。

1　工程背景

某大桥为4×32.5m多跨连续箱梁桥，总体布置如图1所示。主梁梁高为2m，高跨比为1:16，箱梁顶板厚25cm，底板厚25cm，悬臂端部厚18cm，悬臂根部厚45cm，路线中心线侧悬臂长为99cm，外侧悬臂长为200cm。腹板由50cm渐变为85cm，顶底板与腹板渐变为45cm。箱梁横截面为单箱双室直腹板，箱梁顶板宽度为12.99m，底宽为10m，箱梁梁体两翼板悬臂长度为2m(0.99m)。箱梁底板水平，通过盖梁左右两边的高差，实现顶板单向横坡。箱梁跨中横断面如图2所示。箱梁桥纵向预应力釆用Φs15.2mm钢绞线，塑料波纹管成孔，横向采用普通钢筋。

2　静载试验

2.1荷载工况

表1　静载测试工况(弯矩单位：kN·m)

2.2计算模型

采用MIDAS/Civil建立有限元模型，如图4。主梁采用三维梁单元进行模拟，支座采用弹性连接进行模拟。桥面系主要由桥面纵梁和桥面铺装层组成，桥面系主要对结构提供质量贡献，竖向刚度贡献较小，全桥共87个节点，81个单元。计算中结构材料特性根据设计资料及现场检测结果确定。

2.3应变测试

图5所示，应变测试选择4个控制截面，每个截面布设5～7个应变测点。限于篇幅，表2仅列出了工况3与工况4的测试结果。可见，在试验荷载作用下跨中测试断面应变校验系数在0.68～0.78之间，墩顶测试断面应变校验系数在0.60～0.79之间，均符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)规定的不大于1.00的限值要求。同时卸载后各测试截面应变基本可恢复，最大相对残余应变为10.00％，低于“规程”(JTG/T J21-2011)规定的20.00％的限值要求。

表2　测点应变实测值与理论值的比较

2.4挠度测试

图6～图7仅列出了工况3、工况4试验荷载作用下上、下游桥面挠度的理论值与实测值纵向分布情况，其中挠度以向下为正，向上为负。可见，在试验荷载作用下桥面挠度实测值与理论计算值变化规律基本一致，桥面测试断面挠度校验系数在0.52～0.78之间，均符合“规程”(JTG/T J21-2011)规定的不大于1.00的限值要求。最大相对残余变位为12.90％，也低于“规程”(JTG/T J21-2011)规定的20.00％的限值要求。

3　动载试验

3.1自振频率

根据桥梁面内自振特性测点，通过L/2或L/4处布设竖向加速度传感器，以观测桥梁自振特性，全桥布置共布置7个测点。将实测的加速度信号经过实验模态分析可得：桥梁实测面内一阶自振频率为3.81Hz，大于理论计算值3.26Hz，实测振型与理论计算振型一致。频谱图及第一阶振型如图8所示。

3.2冲击系数

桥梁动应变时程曲线进行时域分析后，得出不同车速下对桥梁的冲击系数列于表3。可知，在正常行车情况下，车辆对桥梁主梁的冲击系数根据动载效率系数换算为标准荷载作用下的冲击系数最大值为μ=0.03，小于《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)规定的设计计算取值μ=0.1767×ln3.81-0.0157=0.22。因此，“规范”基于矩形板测试结果的回归计算公式用于箱梁桥的冲击系数计算偏于保守。