连续刚构桥梁荷载试验结果的研究

2018-03-28颜霜

四川水泥 2018年7期

颜霜

（成都赛旺工程咨询有限公司，四川成都 610000）

连续刚构桥的跨度大，能克服的复杂地形多，要使刚构桥在使用过程中的稳定性和固定性有所保障，就需要对刚构桥进行精密科学的桥梁荷载试验。连续刚构桥的梁和墩具有连续性的结构，在荷载时可以形成一个整体共同受力，这种特性也使其承载力指标远远高于一般桥梁。刚构桥荷载试验的主要目的就是考察桥梁应力和挠度的变化，这对连续刚构桥梁荷载试验结果进行研究对加强连续刚构桥的载荷能力有着十分重大的现实意义。

1 连续刚构桥梁的概述

1.1 连续刚构桥的特点

连续刚构桥的桥梁上部结构与桥墩具有一定的整体性和连续性，这种结构让其在承受载荷时主梁和桥墩同时受力，因此在载荷能力方面连续刚构桥的能力显得尤为突出。由于连续刚构桥的主梁之间没有伸缩缝，因此在车辆行驶过程中会更加平稳，提高了行车的舒适度。［1］主梁和桥墩之间的整体性关系也完成了体系之间的无差异转换，减去了支座的设计和养护环节，从一定程度上节约了桥梁的建造费用。

在我国乃至世界的交通系统中，桥梁都占据中十分重要的地位，由于桥梁的承载能力不足的问题造成的桥梁坍塌、断裂等现象严重威胁着交通行驶过程中的车辆安全和人身安全，给人们的出行埋下了隐患。在桥梁的使用过程中，由于持续受力的关系，桥梁和桥墩的水平位移、转角位移和墩身剪力结构都会产生一定的变化，因此在设计桥梁和桥墩时做出科学、合理、精密的计算是对连续刚构桥梁进行荷载试验并对其试验结果进行分析研究的首要条件。

1.2 连续刚构桥的基本结构

1.从连续刚构桥的受力结构分析，桥梁的受力点主要是桥面、桥墩以及桥面和桥墩的连接处。在进行连续刚构桥施工时，完成桥梁与桥墩固态结构的高效连接，让其桥墩在受力过程中同时能依靠桥梁与桥墩之间的固结体系维持竖向持平的状态。在桥梁的主墩柔性较大时，要注意保证桥墩顶部的桥面弯曲程度低于同跨径桥梁，可以在施工时对桥梁横截面的尺寸进行适当的调整，有效控制桥梁跨梁位置的高度，以保证连续刚构桥受力结构的稳定性［2］。

2.从连续刚构桥的设计思路来分析，在设计时一般遵循强梁弱墩的理念、在施工时要确定某个特定的范围作为参考基础，适当增加桥梁的尺寸，最大限度地改善连续刚构桥的跨越性能和桥梁的稳固性。按照经验来说，连续刚构桥受到外界温度和自身徐变的影响比较大，在长期使用过程中会出现一定程度的转角会位移现象，因此在设计过程中，一方面要注意增强连续刚构桥梁墩身的承载能力，另一方面还要控制桥梁所承受的内力。

3.从连续刚构桥梁界面的设计分析，桥梁界面是受力的最直接部位，只有在设计施工时科学合理地把握桥梁的内部和外部的整体结构，对桥梁的受力特征进行综合全面的有效分析，充分运用变截面的设计思路，才能保证桥梁在施工过程中的科学性和合理性，在测试和使用阶段桥梁的跨越性能和稳固性能才能达到要求标准。

2 连续刚构桥梁荷载试验的流程

2.1 荷载试验的流程

荷载试验的准备阶段，首先要收集桥梁的设计资料、施工工艺记录、监理记录、材料和工艺试验资料、养护记录、维护记录等一系列与桥梁相关的资料。其次要对桥梁的桥面、承载结构、支座、基础等现状进行全面的检查。随后就能确定好进行荷载试验所需的设施和设备，［3］在试验现场将脚手架、测试仪表支架、测量仪器等器材提前搭建好，以便试验的准备工作落实到位。

2.2 荷载试验的实施阶段

荷载试验实施阶段是整个试验最重要的阶段，在此阶段的主要任务是加载和记录，试验过程要严格按照试验方案标准进行，采用适合的设备仪器对桥梁的构件进行加载，边测量、边加载、边记录，尤其对连续刚构桥的挠度、裂缝变化、应变情况等重点内容要观察记录清楚，力求等到完善准确的试验结果。

2.3 荷载试验的结果分析和报告

通常在荷载试验的实施阶段试验的项目比较复杂，试验出的数据结果也比较杂乱，对荷载试验的结果进行分析就是要将这些杂乱的数据有条理地整理清楚，在大量的观测数据、文字记录和图标资料中找出一定的客观规律性。对整理好的资料进行综合详细的分析，按照科学的方法进行计算和对比，从而得到有价值的信息和资料。完成数据分析之后，就可以按照需求和目的做分析报告，对试验的对象进行较准确可靠的评估。

3 连续刚构桥梁荷载试验结果分析案例

某水电站交通桥梁全长233m，桥跨布置为61+100+61m三跨预应力混凝土连续刚构梁桥，主梁设0.8%的纵坡以及1.5%的横坡。桥梁全宽12 m，横向布置为净－11＋2×0.5（防撞护拦），主梁为单箱单室截面，箱梁顶面宽度为12 m，底面宽度为6.5 m，主梁根部箱梁高6.0 m,中跨截面处梁高为2.5 m。主桥墩身采用钢筋混凝土矩形空心桥墩，桥台为重力式U型桥台。设计荷载汽车超-40级，挂特-300级。下面对该大桥荷载试验进行分析。

1.测试断面及测试布点

①.测试断面

A．弯矩的控制截面为边跨距桥台25米处的正弯矩、中支点截面（负弯矩）和中跨中跨截面（正弯矩）。由于本桥为变截面连续梁，也不排除其他截面的应力会超出上述截面的可能；

B.剪力控制截面为桥墩支点截面；

C.挠度控制截面为边跨L/4、中跨截面；中跨为L/4、中跨截面及3L/4截面。

②.测点布置

A．将各测试截面上的正、剪应变测点全部布置在箱内，底板测点布设在底板上表面，顶板测点布设在顶板下表面，剪应变布设在腹板中性轴附近。

B.挠度测点布设在桥面上，上下游人行道缘边各设一个测点。

2.试验方法

采用箱梁表面粘贴应变片，匹配型号为5631的静态应变仪进行测试。在控制截面挠度的条件下，用精密电子水准仪按照0.1mm的精度进行测量。941B型高精度超低频加速度传感器配6M82动态应变仪测试桥梁动态性能。人工观测和手动测量混凝土表面的开裂情况、裂缝的宽度和长度等。［4］

3.试验加载程序

①.静载试验

静载试验荷载按汽车—40、挂车—300计算各试验截面内力，以截面最不利弯矩作为试验控制参数，然后按等效荷载原则布置荷载。

静载试验效率为：ηq=SS/S（1+μ）

式中：SS—静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；

S—控制荷载作用下控制截面最不利内力计算值；

μ—按规范采用的冲击系数。

根据计算选用的试验用车为单台总重300kN的重车。静载试验采取分级加载，并且每一个工况重复1次，以确保试验数据的可靠性和重复性。大桥静载试验实际的荷载效率系数边跨和中跨分别为0.944、0.850，符合桥梁试验规范要求0.80～1.10之间。

按各测试截面的控制弯矩及控制挠度布载，共分为4种试验荷载工况，分别为：

工况1：纵桥向按边跨中跨截面弯矩及挠度最不利位置布载，横桥向为中载；

工况2：纵桥向按边跨中跨截面弯矩及挠度最不利位置布载，横桥向为偏载；

工况3：纵桥向按中跨中跨截面弯矩及挠度最不利位置布载，横桥向为中载；

工况4：纵桥向按中跨中跨截面弯矩及挠度最不利位置布载，横桥向为偏载；

试验加载过程中，各工况分别按单列车辆荷载递增，一、二工况分二级施加；，三、四工况分三级施加。每级稳定时间不少于10min，且每次工况重复一次。

②.动载试验

采用一辆300KN试验汽车作为动力试验荷载，进行自振试验、跑车试验、跳车试验。

4.测试结果

①.静载试验

由试验数据归纳分析，挠度校验系数边跨平均值为0.469，各测点挠度校验系数均不超过0.600；中跨挠度校验系数平均值为0.502，中载时最大为0.555，偏载时最大为0.621。在对称荷载作用下，各控制截面的最大纵向压应力校验系数在0.667以下（边跨距桥台25米截面顶板上游测点），最大拉应力校验系数在0.652以下（边跨距桥台25米截面底板中测点）。在偏心荷载作用下，各控制截面的最大纵向压应力校验系数在0.718以下（边跨距桥台25米截面顶板下游测点），最大拉应力校验系数在0.723以下（边跨距桥台25米截面底板中测点）。

由此可见，全部校验系数均远小于1.0,说明结构整体性能好，结构安全可靠，而且具备较充分的安全储备。

②.动载试验

通过桥跨结构的动载试验，得到以下几点结论：

A.主梁横向振动前二阶频率分别为1.0352Hz、1.9531Hz，主梁竖向振动前两阶频率分别为1.3086Hz、2.4121Hz；

B.桥跨结构的实测阻尼比Dn在0.003～0.007之间，为小阻尼振动，且阻尼值较小；

C.无障碍行车时对桥跨结构的冲击系数（1+μ）介于 1.0514～1.1608之间，行车的冲击作用较小；

D.跨中有障碍行车的冲击系数（1+μ）介于 1.0466～1.2000之间，边跨有障碍行车时的冲击系数介于 1.0435～1.2063之间，可见障碍行车对桥跨结构的冲击作用明显大于无障碍行车，而40km/h速度行车所引起的冲击作用要稍大于其他速度行车引起的冲击。

综上所述，桥跨结构有较好的整体性能，抗扭刚度较好。

4 连续刚构桥梁荷载试验结果的评定方法

4.1 连续刚构桥梁静载荷试验及其结果的分析和评估

连续刚构桥梁的静载荷试验结果评价指标主要体现在两个方面，一是实测值和规范值之间的比较，二是实测值与理论值之间的比较，先者反映的是刚构桥梁的实际工作状态，后者则反映的是刚构桥梁的工作性能。无论是哪一种比较方式，都需要将静荷载试验得到的结果进行整理、分析、认识和理解，在此过程中了解试验数据的内在规律，从而对连续刚构桥梁进行一个有效的评价。

4.2 连续刚构桥梁动载荷试验及其结果的分析和评估

对连续刚构桥梁进行动载荷试验的主要原因要归于桥梁的多动性，在使用和其本身相比的过程中，桥梁结构的阻尼系数、频率和板型都会有所改变。在对刚构桥梁进行动载荷试验的过程需要经历一个时间里程曲线，试验者需要收集和整理整个时间历程中的所有数据变化，再根据不同的情况选择不同的数据分析处理方法，结合实际来对刚构桥的动载荷试验结果进行有效的判断。最后再根据相关的指标评价体系来对刚构桥梁的动力性能有一个全面的认识和把握。