北江大桥主桥静动载试验分析

刘乐平

广东华路交通科技有限公司

北江大桥主桥静动载试验分析

刘乐平

广东华路交通科技有限公司

0 引言

随着我国交通事业的飞速发展，公路桥梁的建设步伐也在加速，保证新建桥梁的工程质量，合理评价桥梁的使用性能尤为重要，而评价桥梁的承载能力、使用性能最有效、最直接的办法就是桥梁荷载试验，而且也能对新建桥梁进行竣工验收[4]。本文通过对北江特大桥主桥的静载试验和动载试验，对相关的试验测试结果进行对比分析，以评价桥梁的承载能力和工作性能，为竣工验收提供依据。

1 桥梁概述

北江大桥为珠江三角洲环线高速公路黄岗至花山段上的一座特大桥，桥长4182.56m，主跨采用(125+210+125)m连续刚构桥。该桥半幅桥宽18.5m，采用单箱单室箱型断面，210m主孔共分29个施工节段。主墩为双薄壁墩，过渡墩为矩形薄壁墩。荷载等级为公路-Ⅰ级

2 静载试验

2.1 试验工况

本次静载试验主要对结构主控截面在静力作用下的挠度、应变进行测试。试验采用等效荷载进行，选择了3个最不利受力截面进行。结合该桥的实际情况，试验采用8～16辆重约为300kN的车辆进行偏载加载，每个工况分四级进行加载，一级卸载。工况布置图见图1，各工况加载效率系数见表1。

2.2 测点布置

主梁挠度测点布设在桥面，纵桥向在中孔按八分点布设观测点，边孔按桥墩至试验断面距离对称布设，横桥向在内、外侧对应腹板的桥面处各布设1个测点，共36个挠度观测点。应变测点布置于每个截面布置12个应变测点，分别布置于箱内顶板上缘、腹板两侧面及箱外底板下缘。

2.3 挠度测试结果分析

图1 试验工况布置图(单位：cm)

表1 各试验工况加载效率系数

表2为各试验工况满载作用下的挠度对比分析，从表2可知，各工况满载作用下的实测挠度值均比理论计算值小，由于本次试验采用横向偏载的方式加载，荷载偏向桥跨的内侧，实测内侧挠度变形量大于外侧挠度变形量，与结构实际状况符合。卸载后相对残余变位较小，说明结构处于弹性工作状态。（见图2、图3）

2.4 应变测试结果分析

表3为各试验工况满载作用下的应变对比分析，测试结果表明，各工况满载作用下的实测应变值均小于理论计算值。卸载后相对残余变位在1.3%～5.7%，相对残余变位较小，说明结构处于弹性工作状态。

表2 各试验工况挠度分析表(单位mm)

表3 各试验工况应变分析表(单位με)

3 动载试验

3.1 试验内容与目的

脉动试验：采用加速度传感器941b拾取桥梁在环境激励下的脉动信号，并通过DASP数据分析系统得到桥梁的固有频率、振型，从而实现对北江特大桥210m连续刚构桥主桥抗弯刚度的评定相应的脉动试验测试系统框图见图4。

无障碍行车试验：在52#孔跨中内侧部位布设激光挠度仪，在桥面无任何障碍的情况下，采用2台约400kN载重汽车并排以约10km/h至50km/h的速度行驶通过主桥，以测试结构在行车载荷作用下的动力反应。

有障碍行车试验：在210#孔跨中桥面上设置高度为7cm的减速带作为障碍物，采用2台约400kN载重汽车并排以约10km/h至40km/h的速度行驶通过主桥，以测试结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动力反应。

2.2 脉动试验分析

采用由频响函数峰值法演化得到的互功率谱法进行识别脉动振型和固有频率，初步确定结构竖向一阶频率为0.9375Hz，而实测的竖向一阶振型和理论竖向一阶振型吻合的较好，由此确定实测结构竖向一阶频率为0.9375Hz，典型测点自谱曲线和互谱曲线见图5和图6。

图2 52#孔跨中截面实测平均值与理论值曲线分析图

图3 53#孔跨中截面实测平均值与理论值曲线分析图

图4 脉动试验测试系统框图

结构竖向一阶的理论值为0.8449Hz，实测值大于理论计算值，说明结构实际刚度大于理论刚度。

2.3 无障碍行车试验结果分析

表4为无障碍行车试验的测试结果，由表4可知，无障碍跑车实测冲击系数μ在0.031～0.052之间，而《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)所规定桥梁基频f＜1.5Hz时，其设计冲击系数μ取值为0.05，实测值与设计取值较为接近。

2.4 有障碍行车试验结果分析

表5为有障碍行车试验的测试结果，由表5可知，有障碍跑车的冲击系数在0.079～0.102之间，小于设计局部加载冲击系数μ的取值0.3，桥梁结构动力性能基本满足设计要求。

4 结论

通过对北江特大桥主桥连续刚构桥的静载试验和动载试验，可以得出以下结论：

图5 主要测点自谱曲线图

图6 参考点R8与L7测试点的互谱曲线图

表4 无障碍行车试验结果

表5 有障碍行车试验结果

(1)通过静载试验，各工况的挠度实值和应变实测值均小于理论值，桥梁的整体受力性能良好，处于弹性受力状态。

(2)通过动载试验，其竖向一阶实测频率比理论计算值大，说明结构实际刚度大于理论刚度。无障碍行车试验的实测冲击系数比设计值比较接近，说明行车动载对结构的不利影响较小。有障碍行车的实测冲击系数比设计值小，说明该桥具有较好的抗动载冲击能力。

[1]交通部公路科学研究所，交通部公路局技术处，交通部公路规划

设计院，大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]中交公路规划设计院.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

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

Dynamic and Static Load Experiment of Beijiang Bridge

Liu Leping

(Guangdong Hualu Transport Technology Co.，Ltd.，Guangdong Guangzhou 510420)

结合北江大桥主桥连续刚构的静动载试验，通过桥梁静力作用下主控截面的挠度、应变及动载作用下桥梁的相关动态数据测试结果的对比分析，对桥梁在荷载作用下的承载能力进行了评价，为桥梁竣工验收提供依据

连续刚构；静载试验；动载试验；

Combined with the dynamic and static load experiment of the continuous rigid frame of the main bridge of Beijiang Bridge， through the contrast analysis of deflection， strain of master section， which are under the action of bridge static force， and the dynamic data test results of bridge，which are under dynamic load， this paper evaluates the bearing capacity of the bridge， which is under load， and provides the basis for the completion and acceptance of the bridge.

continuous rigid frame; Static Load Experiment; Dynamic Load Experiment