16 m预应力空心板梁桥动静载试验实例探讨
2018-03-15马天颖徐郁峰
马天颖 徐郁峰
(华南理工大学,广东 广州 510641)
1 工程概况
海丰桥位于海丰路,全桥的跨径布置形式为5×16 m。该桥分左右两幅,桥面单幅宽度为15.0 m,单幅横向布置12片空心板梁。上部结构为预制空心板梁,下部结构为桩柱式桥墩和重力式桥台。横向布置为3 m(人行道)+11.5 m(机动车道)+0.5 m(栏杆)。桥梁的设计标准是:公路Ⅰ级汽车荷载,3.5 kPa人群荷载。
2 静载试验
所谓静载试验是根据桥梁结构和指定的试验方案进行试验。试验时根据前期制定的荷载方案将该荷载作用到对象上,现场记录位移、应变、裂缝数据,随后根据相应规范来判断桥梁结构的实际运行状态[1]。
2.1 试验荷载方案
使用单梁法进行计算,通过Midas Civil建立桥梁有限元模型,随后通过桥梁博士计算空心板梁的横向分布系数;接着在Midas Civil桥梁模型上添加车道荷载的计算结果后,再根据荷载效率取值范围为0.95~1.05的原则即可得到最不利梁的试验加载的泥头车的试验荷载。计算结果如表1所示。
表1 试验荷载效率计算表
2.2 静载挠度和应变布置方案
本次荷载试验以对跨中最大正弯矩截面产生的最不利荷载组合作为试验的控制荷载。使用单梁法,通过Midas和桥梁博士计算控制荷载和试验荷载,使控制荷载与试验荷载满足上述静力荷载效率。通过计算得出采用3辆350 kN载重车按照内力等效原则在影响线上按最不利位置分级加载。
2.2.1变形测量
共布置6个挠度测点,用高精度水准仪对各级荷载作用下各测点的挠度进行量测。
2.2.2应力(应变)测量
多跨简支桥选取跨中截面为控制截面,根据计算,11号梁为受力最不利梁,所以选择10号,11号,12号梁,每片梁底布置2个传感器,共计6个传感器。布置情况如图1所示。
2.3 静载结果
通过现场试验结果可知试验跨梁各个挠度测点的校验系数在0.51~0.62之间,各个应变测点的校验系数在0.55~0.79之间。
3 动载试验
动载试验使用速度传感器拾取振动信号,经放大器将信号放大后用DASP采集系统进行采样、记录和分析处理即可获得桥梁的自振频率及冲击系数。动载试验主要是通过了解桥梁结构在自然状态下自由频率和动力荷载下的阻尼比和冲击系数,最后需对测得的桥梁动力响应值进行分析,以获得桥梁的动力特性[2]。
3.1 动载试验工况
该试验跨动载试验根据规范和实际情况设定以下4种工况:
1)自然脉动:在自然条件下,如风、地脉动等引起桥梁振动的条件下,长时间地使用高灵敏传感器记录桥梁振动。
2)跑车试验:采用1辆试验载重汽车以20 km/h,30 km/h的速度在桥面上匀速行使,在跑车经过时测量桥梁结构的冲击系数和动挠度。
3)刹车试验:以20 km/h的速度在试验跨跨中处紧急刹车,测量桥梁结构在行车状态下的振幅、动挠度及冲击系数。
4)跳车试验:以一辆试验载重汽车停在试验截面处,后轮越木头后熄火停车,测量桥梁结构在跳车时的振幅、动挠度及冲击系数。
3.2 动载试验结果
该桥的冲击系数与振动频率的理论值如表2所示,理论频率图如图2所示。结构在环境自然激励下和跳车等各种动载试验工况下的实测数据结果汇成于表3中,其中由于篇幅所限,只展现自然脉动频谱图和跳车测点阻尼比分析图,如图3,图4所示。
表2 动载理论计算汇总表
海丰桥按照梁理论计算得到的第一阶自振频率为5.917 Hz,实测该桥振动频率为8.698 Hz,实测自振频率与理论自振频率的比值为1.47,大于1.1,评定标度为1。说明桥的实际刚度大于理论计算值。
海丰桥在各工况下,实测冲击系数均小于设计的冲击系数1.298,实测阻尼比为2.17%。
表3 动载试验结果汇总表
4 结语
本文结合工程实际,讨论了桥梁动静载试验的方法。静载试验得到的应变和挠度均不大于1,且满足规范要求。动载试验得到的冲击系数小于理论值[3]。说明试验空心板梁性能较好,各项指标都达到了我国现行的规范要求[4]。
[1] 贺常元.16 m预应力空心板简支梁桥成桥静载试验及分析[J].铁道标准设计,2009(8):65-67.
[2] 李德建,彭 彦.既有简支铰接空心板梁桥结构状况动力评估[J].建筑科学与工程学报,2009(26):24-28.
[3] 贺常元.16 m预应力空心板简支梁桥成桥动试验及分析[J].山西建筑,2009,35(23):328-329.
[4] 宗一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社,2002.