连续钢箱梁桥成桥静动力试验分析

韩林

（济南轨道交通集团有限公司，济南205101）

连续钢箱梁桥成桥静动力试验分析

韩林

（济南轨道交通集团有限公司，济南205101）

利用有限元软件对一变截面连续钢箱梁桥进行有限元分析，对该桥在试验荷载作用下的应变、挠度、自振频率、冲击系数等参数进行了研究。同时对连续钢箱梁桥承载能力评定方法进行了详细的介绍。经过试验数据与理论计算结果的对比分析可知，该桥结构强度和刚度良好，抗冲击性能满足设计要求。另外，通过试验分析掌握了桥梁在设计荷载作用下的实际工作状态及动力特性，为以后桥梁运营管理提供科学依据。

桥梁工程；静动载试验；自振频率；模态分析；冲击系数

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.030

1 背景

为了缓解日益增加的城市交通压力，越来越多的快速路、高架桥开始建设。材料特点决定了钢箱梁桥有如下不可比拟的优势：跨越障碍能力大、产业化程度高、分段施工周期短及截面减小而增加桥下净空等。这些优势决定了连续钢箱梁桥的应用越来越普遍,并且连续钢箱梁桥跨越的往往都是主干路、铁路等重要设施，因此，该种桥型处于城市交通的咽喉地位。对其竣工后的承载能力研究及分析是全面了解和掌握其承载能力及施工质量的重要手段。因此，成桥静动载试验研究对于连续钢箱梁桥具有重要意义。

2 工程概况

该桥设计桥面宽12m，跨径组合为(34.5+2×58+34.5)m。主梁采用变截面连续钢箱梁，梁高在桥墩支点处为3.5m，跨中处为1.9m，桥台支点处为1.6m。共设3个装饰性索塔，塔高19m，该桥共设48根拉索，拉索在梁上锚固于梁侧伸出的吊耳。桥梁跨径布置如图1，横断面如图2所示。

图1 桥梁立面图（单位：m）

图2 桥梁截面图

3 有限元模型及试验内容

3.1 有限元模型

分析计算时，主梁采用空间梁单元，斜拉索采用桁架单元，边界条件采用一般支承。有限元模型如图3所示。

图3 桥梁计算模型

3.2 试验内容

1）静力试验：根据该桥的受力特征，选取内力控制截面进行静力加载试验，测试内力控制截面的荷载响应随荷载变化情况。

2）动力试验：通过脉动试验测取桥梁结构在自然激励作用下的自振频率、振型结果等。

4 静载试验分析

4.1 选择控制截面

按照实桥资料，对该桥结构进行了分析计算，并分别绘出结构在设计荷载作用下的内力图，由弯矩图可确定桥跨结构在活载作用下最不利弯矩的具体位置。如图4、图5所示。

图4 弯矩包络图

图5 静载测试断面布置

4.2 试验荷载

为了保证试验的有效性，各测试截面试验荷载效率系数η至少应达到0.95以上。加载车实际总重、轴重和轴间距，如表1所示。试验加载重车车型如图6所示。

表1 加载车辆列表

图6 加载车辆

4.3 静载试验工况

1）静载试验工况和加载方法

与测试内容对应，共分为4种加载工况。使用有限元软件绘出各测试截面的内力影响线，如图7所示。根据影响线及车道布置可确定各工况中汽车荷载加载的具体位置，如图8所示。

图7 弯矩影响线

图8 静载测试断面图（单位：m）

工况I：正弯矩最不利位置纵向3排车中载布置。

工况II：正弯矩最不利位置纵向3排车偏载布置。

工况III：负弯矩最不利位置纵向4排车中载布置。

工况IV：负弯矩最不利位置纵向4排车偏载布置。

4.4 静载试验结果分析

在试验荷载作用下各个工况相应测试截面应变实测值与

计算值如表2所示。其中应变以受拉为正，受压为负。

表2 主梁应力测试结果

在试验荷载作用下各个工况相应控制截面位移实测值与计算值如表3所示。位移向上为正，向下为负。

表3 主梁位移测试结果

根据实验结果的统计分析可知：本次荷载试验应变、位移校验系数均小于1.00，应变、位移相对残余值均小于20%。表明该桥的实际强度、刚度好于理论值，满足设计荷载的要求。另外，钢箱梁桥剪力滞后效应明显，两侧靠近腹板处应变值明显大于顶底板中间处应变值。

5 动力参数测定及分析

本次试验采用环境激励的方法测试该桥自振频率及振型如图9、图10。

图9 实测振动频率

图10 实测一、二阶振型

实测主梁第一阶振型为主梁反对称竖弯，振动频率为2.15Hz，理论值为1.99Hz；实测主梁第二阶振型为主梁对称竖弯，振动频率为3.13Hz，理论值为2.69Hz。桥跨振动频率实测值均高于理论值，表明结构实际动刚度高于理论刚度，结构状况良好。

表4 实测与理论频率振型分析对比

6 结语

1）试验荷载作用下，应变、位移校验系数均小于1.00，应变、位移相对残余值均小于20%，结构处于线弹性受力状态，具有良好的强度和刚度。

2）在环境激励作用下，实测一、二阶振动频率均高于理论振动频率，结构实际刚度高于理论刚度，结构状况良好。

3）实际计算结果表明，杆系计算模型在分析复杂结构连续钢箱梁桥的静动力特性方面基本上能够满足要求，但是对于薄壁结构建议采用壳单元进行有限元分析。

【1】赵敏，王凡.斜拉桥承载力的评定方法[J].公路交通科技，2014，31（3）:65-69.

【2】胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2000.

【3】JTG/TJ 21—2011公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

Static and Dynamic Load Test and Analysis of Continuous Steel Bridge

HANLin
(Jinan Rail Transit Group Limited Corporation，Jinan 250101，China)

In this paper,a continuous steel box girder bridge with variable cross-section is simulated by a finite element software.The parameters of strain,deflection,natural frequency,impact coefficient of the bridge under the test load are studied.The carrying capacity evaluation methods of continuous steel bridges are described in detail.According to the contrastive analysis of experimental data and theoretical results,the strength and stiffness of the bridge structure are very well,and the impact resistance of the bridge meets the design requirements.In addition,the actual working state and the dynamic characteristics of the bridge under the design load,which can provide scientificbasisforthebridgeoperationandmanagement,aremasteredwiththeexperimentalanalysis

bridgeengineering；staticanddynamic loadtest；naturalfrequency；modal analysis；impactcoefficient

U441

A

1007-9467（2016）07-0124-03

2016-01-22

韩林（1985～），男，山东济南人，工程师，从事轨道交通研究，（电子信箱）kuashiji2008@126.com。