金鱼大桥成桥荷载试验研究

贾　毅，王永宝，廖　平（西南交通大学土木工程学院，四川成都　610031）



金鱼大桥成桥荷载试验研究

贾毅，王永宝，廖平
（西南交通大学土木工程学院，四川成都610031）

摘要为全面了解金鱼大桥在荷载作用下的实际工作状态，对该大桥进行了现场静动载成桥荷载试验。荷载试验前采用通用有限元软件进行相应理论计算，最后将实测结果与理论分析结果进行对比分析。分析结果表明:该桥受力处于弹性工作状态，承载能力满足相关规范要求。

关键词荷载试验；连续梁桥；校验系数；冲击系数

桥梁承载能力检测的主要技术手段是对桥梁进行荷载试验，桥梁荷载试验是了解桥梁性能参数、分析其实际工作状态、评定桥梁运营状况最有效、最直接的一种手段。桥梁承载力评定包含承载能力极限状态和正常使用极限状态，因此需要对这两种极限状态对应的物理力学指标进行分析和测试。桥梁结构承载力评定是用荷载试验的测试值和理论计算值（包括位移、应力、频率、振型）之间的关系进行综合判断，因此其主要任务是结构分析计算和结构静动载试验。

本文结合云南省永善县桧溪镇的一座连续梁桥荷载试验，详细阐述了荷载试验的内容及桥梁承载力的评定。该桥上部结构为（4×16 + 4×16）m钢筋混凝土连续梁，采用现浇施工；下部结构中，桥墩采用钢筋混凝土双柱式墩，桥台采用桩基础埋置式桥台。全桥共设3道伸缩缝。桥梁立面及检测控制截面布置如图1所示。

图1　金鱼大桥桥梁立面及检测控制截面布置（单位：cm）

1　静载试验

1. 1试验工况

静载试验是通过施加试验荷载，检验结构主要受力构件在最大（最小）内力状态下的应变和变形。加载位置一般选取结构的关键截面（内力极值截面），并且需要按照内力等效的原则确定试验荷载的大小和加载位置，使试验荷载作用下的结构内力与设计荷载作用下的结构内力相等或接近，同时确保各个试验工况下结构处于安全状态。

确定静力荷载试验工况的荷载大小和加载位置时，静力荷载试验效率ηq宜介于0. 95～1. 05之间。静力试验荷载的效率按下式计算

式中：Sstat为试验荷载作用下检测部位变形或内力的计算值；S为设计标准荷载作用下检测部位变形或内力的计算值（不计冲击作用）；μ为设计取用的冲击系数。

根据静力荷载试验有关规定要求，本桥静力荷载试验考虑了5种工况。工况1：第1跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）最大正弯矩（偏载）；工况2：第1跨跨中截面（Ⅰ-Ⅰ截面）最大正弯矩（中载）；工况3：第2跨跨中截面（Ⅲ-Ⅲ截面）最大正弯矩（偏载）；工况4：第2跨跨中截面（Ⅲ-Ⅲ截面）最大正弯矩（中载）；工况5：第1#墩支点截面（Ⅱ-Ⅱ截面）最大剪力。截面位置参见图1。

经计算，本次静载试验共需总轴重30 t的加载车2台，各工况下荷载效率系数见表1。由表1可知，0. 95＜ηq＜1. 05，符合规范要求。

表1　各工况荷载效率系数

1. 2静载试验数据

1. 2. 1挠度测试

采用高精度电子水准仪对试验跨L/4，L/2，3L/4截面的挠度进行观测，工况2，4，5桥面左侧、桥面轴线、桥面右侧的挠度变化曲线见图2。

图2　桥面挠度观测值

1. 2. 2应变测试

采用静态电阻应变仪对试验跨跨中截面和支点截面的应变进行了测试，工况2，4，5板梁应变理论值与实测值对比见图3。图中A1，A5测点位于梁底边缘，A3位于梁底中心，A2，A4位于梁底1 /4等分点。

图3　梁底应变观测值

1. 3静载试验结果评定

试验跨在静载各工况下的应变、位移测试结果表明，桥梁在设计荷载下处于弹性工作阶段。挠度校验系数在0. 67～0. 86，应力校验系数在0. 68～0. 90，实测最大位移为3. 3 mm（＜L/600 = 26. 7 mm），说明桥梁结构、材料满足设计要求，整体工作性能良好。

2　动载试验

2. 1自振特性测试

经数据分析处理后得到结构自振基本频率测试值与理论计算值，见表2。

表2　固有频率、阻尼测试值

2. 2无障碍行车试验

无障碍行车试验用于测试桥面铺装层完好时，运行车辆荷载作用下桥跨结构的动力反应，模拟正常行驶状态。用30 t货车1辆，分别以10，20，30 km/h的速度通过桥梁，量测桥梁的动应变响应。测点布置方式、位置与静态应变测点相同。动态应变测试采用DH5908动态信号采集测试系统进行测试。

2. 3有障碍行车试验

有障碍行车试验模拟桥面铺装局部损伤情况下，桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动应变反应。模拟跳车的障碍高度约为10 cm，用1辆30 t自卸式货车，以10 km/h的速度通过桥梁，测试并计算桥梁的实际冲击系数。测点布置方式、位置与无障碍行车试验的测点布置相同。

2. 4动载试验结果

车速10 km/h均匀来回2次跑车时最大动应变为60. 59×10- 6，车速20 km/h均匀来回2次跑车时最大动应变为61. 34×10- 6，车速30 km/h均匀来回2次跑车时最大动应变为62. 91×10- 6，车速10 km/h跳车时最大动应变为64. 26×10- 6，A3的静应变实测平均值为54×10- 6，各级车速下该桥的冲击系数见表3。

表3　试验跨冲击系数（1 +μ）的测试值

3　结论

1）金鱼大桥静动荷载试验表明，该桥梁使用性能良好，处于弹性工作状态，桥跨结构刚度及强度满足设计要求，各控制截面的实测应变值及挠度值均小于理论值，说明该桥具有一定的安全储备。

2）试验跨动力测试结果显示，其第一阶竖向自振频率为5. 47 Hz、阻尼比为0. 025、冲击系数为1. 122～1. 190，测试模态与理论模态吻合较好，说明桥梁结构的刚度满足设计要求。

3）试验车辆按设计荷载进行等效布载，各静、动载试验结果表明该试验跨具有较好的承载能力，在试验荷载作用下处于安全状态，达到设计承载力要求。

4）建议按桥梁设计荷载要求限重55 t，限速20 km/h，3年后进行复检。

参考文献

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（责任审编孟庆伶）

Research on Completed Jinyu Bridge Load Test

JIA Yi，WANG Yongbao，LIAO Ping
（School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

AbstractField load tests were carried out on completed Jinyu Bridge to know its working state under loads. Both static and dynamic response were studied. T he test results were compared with the finite element analysis. T he results show that the bridge response is elastic and its bearing capacity satisfies the requirements of relevant code.

Key wordsLoad test；Continuous girder bridge；Calibration coefficient；Impact factor

中图分类号U446. 1

文献标识码A

DOI:10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 06. 09

文章编号：1003-1995（2016）06-0033-03

收稿日期：2015-11-02；修回日期：2016-02-20

作者简介：贾毅（1988—），男，博士研究生。