不等跨预应力混凝土单箱双室连续箱梁桥荷载试验分析

2020-01-07吴腾飞

福建交通科技 2019年6期

吴腾飞

(福建船政交通职业学院，福州 350007)

1 工程背景

某桥跨地方溪流，跨A 匝道桥、B 匝道桥、H 匝道桥、M 匝道桥，中心桩号DK00+659.500，桥长906.0m，桥宽12m。上部结构采用3×(3×40)m 连续刚构T 梁+5×30m 连续刚构T 梁+4×30m 连续刚构T 梁+(41.5+43+41.5)m 连续现浇箱梁+(35.5+38.5+35.5+35.5)m 连续现浇箱梁，下部结构采用柱式墩配桩基、箱墩配桩基；终点台采用U 台配扩基。桥梁位于平面曲线段内，T 梁按直梁设置，通过调整翼缘长度以适应曲线线形，墩台基础均为径向布置。终点台设置一道D-80 伸缩缝，交接墩0#、3#、6#、9#、14#、18#、21# 处各设置一道D-160 型伸缩缝。终点台处设8m 搭板。预制梁、湿接缝、连续段均为C50 混凝土，盖梁、墩柱均为C30 混凝土。设计荷载：公路-I 级。详见图1。

图1 某桥结构布置图(单位：m)

2 荷载试验结果及分析

2.1 静载试验

2.1.1 静载试验工况及检验对象

最大试验荷载为设计标准规定的荷载：公路-I 级。汽车可变荷载作用参考《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)相关规定。本次试验根据该桥施工设计图纸，应用MIDAS 计算软件进行建模计算，桥梁模型如图2 所示。

图2 模型计算图

依据桥跨结构所得的活载内力包络图及外观检查结果，选择第23、25 跨进行试验。具体如表1 所示，各跨主要测试截面如图3 所示。

表1 静载试验测试内容

图3 试验测试截面示意图(单位：m)

2.1.2 测点布置

控制截面的应变测点如图4 所示，挠度测点如图5所示。

图4 各控制截面应变测点布置图(单位：m)

图5 各控制截面挠度测点铟钢尺布置图

2.1.3 静载试验效率

由表2 可知，该桥的静载试验荷载效率η 满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015) 的静力荷载效率规定要求，即0.85≤η≤1.05。

表2 静力试验荷载效率计算一览表

2.1.4 静载试验结果与分析

在试验加载工况作用下，各控制截面的实测挠度及其与理论计算值的比较见表3。实测应变及其与理论计算值的比较见表4 所示，箱梁截面应变值沿高度分布见表5。

从表中可以看出，第23 跨跨中截面挠度校验系数为0.68～0.69，应变校验系数为0.83～0.88；第25 跨最大正弯矩截面挠度校验系数为0.64～0.66，应变校验系数均为0.81～0.84；23# 墩支点负弯矩截面应变校验系数为0.81～0.86。各测试截面挠度及应变校验系数均小于或处于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015) 规定的常值范围(0.70～1.00)，相对残余挠度均小于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)规定限值20%。

表3 各控制截面挠度分析表

表4 各控制截面应变分析表

表5 应变沿梁高分布数值分析表

实测得到箱梁各控制截面中性轴位置与理论计算的截面中性轴位置基本相同，且应变沿梁高呈线性变化，梁片处于弹性受力状态。

2.2 动载试验

2.2.1 自振特性试验工况

采用脉动法(环境随机振动法)，通过脉动试验，测定桥跨结构的竖向自振频率，了解桥跨结构竖向自振特性。在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应，测试桥跨结构自振频率和振型，以分析桥跨结构自振特性。

2.2.2 自振特性试验结果

在各跨八分点位置桥面上置放脉动测点传感器，实测的信号经FFT 分析、模态分析，得到大桥左幅第三联自振特性前2 阶自振频率及其振型。实测与理论自振频率及振型如图6～9 所示。

自振特性试验表明，该联实测竖向1 阶和竖向2 阶自振频率分别为3.94Hz 和4.84Hz，大于理论计算值3.45Hz 和4.20Hz，阻尼比分别为1.81%和2.48%，实测振型和理论振型一致。

图6 实测1 阶竖向振型图

图7 计算模型1 阶竖向振型图

图8 实测2 阶竖向振型图

图9 计算模型2 阶竖向振型图

2.2.3 无障碍行车试验工况

采用1 辆静载试验载重汽车以10km/h～30km/h 不同的车速通过桥跨结构，应用INV3062C 信号采集处理分析仪测试第25 跨最大正弯矩截面的动应变，分析其冲击系数。行车试验测点布置在第25 跨最大正弯矩截面箱梁梁底。

2.2.4 无障碍行车试验结果

在不同车速情况下，第25 跨最大正弯矩截面的实测数据见图10。

图10 不同车速情况下跑车试验应变时程图

由行车试验结果可知，在单车不同行车速度10km/h、20km/h 和30km/h 作用下，换算成标准车列后，实测的跑车冲击系数分别为1.04、1.04 和1.06，按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) 中冲击系数μ 的计算公式计算：当1.5Hz≤f≤14Hz，则1+μ=1+(0.1767lnf-0.0157)=1.20(这里取桥面竖向一阶理论频率)，可知实测冲击系数均小于规范值。