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      成橋的靜動荷載試驗
      日期:2020-3-7 9:27:01 作者:佚名 來源:本站原創
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      對某橋進行了成橋的靜動荷載試驗及分析,測得各種力學性能指標,與理論計算結果進行比較,并按規范對橋梁結構的承載能力做出了評價,確保橋梁的主體結構處于良好的使用狀態,保證橋梁投入使用后的運營安全。

      關鍵詞:靜荷載試驗;動荷載試驗;力學性能

      1 工程概況

      某特大橋為一座全長1550m的簡支小箱梁橋,采用橋面連續的鋪裝形式,單孔跨徑25m,共62孔。該橋上部結構橫斷面由4片小箱梁組成,梁高1.35m,梁寬2.5m,采用C50混凝土。橋寬13.5m,橋面布置為0.75m(防撞墻)+12.0m(行車道)+0.75m(防撞墻)。

      該橋設計荷載等級為:汽車—超20級,掛車—120。

      2 靜荷載試驗

      橋梁結構靜荷載試驗的目的,主要是測試橋梁結構在與設計荷載或使用荷載相當的試驗荷載作用下的變形和內力狀況,將測試結果與結構按相應荷載作用下的計算值與相關規定值做比較,從而判定結構的強度和剛度等力學性能,判斷橋梁結構承載能力是否滿足設計要求。

      2.1 靜荷載試驗工況及測點布置 2.1.1 靜荷載試驗工況

      靜荷載試驗首先要確定加載位置,即確定試驗的加載工況。根據該橋的實際跨徑布置,并對其進行理論計算,以跨中截面作為受力最不利截面,選取跨中截面作為試驗的關鍵加載位置,同時確定靜荷載試驗的2個工況。

      工況1:按跨中截面正彎矩最不利進行橫橋向偏心加載。 工況2:按跨中截面正彎矩最不利進行橫橋向對稱加載。

      同時各工況的試驗荷載效率必須滿足規范要求,由《公路舊橋承載能力鑒定方法》(1988)規定,靜荷載試驗效率為:

      ηq=

      Ss

      S⋅(1+μ)

      式中:Ss——靜載試驗荷載作用下控制截面內力計算值;

      S——控制荷載作用下控制截面最不利內力計算值;

      μ——按規范規定的沖擊系數。

      靜荷載試驗效率ηq采用0.8~1.05。按照該橋設計荷載汽—超20,掛—120標準,采用了6輛30噸車加載。實際加載效率如表1所示。

      表1 各加載工況試驗效率

      根據等效荷載效應的原則確定試驗荷載。根據理論計算分析,以設計荷載效應控制,按橋梁關鍵截面的內力影響線進行最不利加載,并保證達到規范[1]規定的荷載試驗效率,以確定實際加載車輛的數目,確保荷載試驗的效果。

      最終,選取6輛3軸車作為加載車,每輛車總重各為300kN,前軸重60kN,兩個后軸各重120kN,6輛車的編號分別為1#、2#……6#。各輛車的幾何參數和各工況的荷載布置情況如圖1、圖2所示。

      圖1 跨中加載汽車縱向布置圖(單位:cm)

      圖2 偏心布載汽車荷載橫向布置圖(單位:cm)

      圖3 對稱布載汽車荷載橫向布置圖(單位:cm)

      2.1.2測點布置

      各梁的撓度及應力測點如圖4、圖5所示。

      靜荷載試驗在滿載情況下,工況1、2實測的撓度以及理論計算的撓度如表1所示,相應的撓度曲線分別如圖6、圖7所示。

      43210#墩

      8765L/2

      4#梁3#梁2#梁1#梁

      12111091#墩

      圖4 撓度測點布置圖 圖5 應力測點布置圖

      在試驗進行加載之前,為了檢查所有的試驗裝置和測試裝置是否正常運轉,為了使橋梁結構能夠處于正常的工作狀態,需要對橋梁進行預加載。

      2.3 靜荷載試驗結果

      在各項準備工作完成之后,即可正式進行橋梁的靜荷載試驗。在每一個工況的加載過程中,施行分級加載。每一個試驗工況加載過程中,需要對控制截面的各項力學性能指標進行測試,這些指標主要包括主梁的撓度、應力等。在加載過程中需要對加載孔跨的梁體外觀進行觀測,查看是否有裂縫出現。在靜荷載試驗中,滿載情況下的實測結果見表2、表3、圖6、圖7。

      表2 工況1、2作用下各梁撓度檢測結果

      表3 工況1、2作用下各梁應力檢測結果

      經現場觀測,在試驗加載過程中,小箱梁梁底及腹板沒有出現裂縫。

      由表2、表3數據分析可以得出:在試驗荷載作用下,撓度和應力的校驗系數及其對應的相對殘余變位和相對殘余應變均滿足規范要求,表明該橋承載能力滿足設計要求。

      3 動荷載試驗

      橋梁檢測動荷載試驗是動力測定評價方法的基本測試項目,是為了滿足工程應用的需要,應用理論分析與試驗測試相結合的科學方法解決橋梁振動問題的必要手段,是橋梁檢測工作中的重要環節,其對橋梁使用狀況和承載力的評價提供了重要的數據參數。橋梁檢測中動荷載試驗的內容主要是結構動力特性和動載響應的試驗與分析,測量的主要部位是結構動力效應最大的構件,以及動應力及動變形的控制截面等。

      動荷載試驗是為了測定橋梁結構的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性。其試驗項目主要

      包括脈動試驗、行車試驗、跳車激振試驗。

      3.1 自振特性測試

      自振特性的測試采用脈動法,通過對拾振器拾取的響應信號進行譜分析,確定橋梁的自振頻率。分析所得結構自振頻譜圖見圖8。

      圖8 自振頻譜圖

      3.2 動荷載響應測試

      動荷載響應測試的主要目的是模擬在各種行車條件下,橋梁的動應力響應以及實測橋梁的沖擊系數。本次試驗主要進行了跑車試驗,采用近于檢算荷載(標準荷載)重車的單輛載重汽車來充當試驗荷載。試驗時,單輛載重汽車以40km/h的速度勻速通過橋跨結構,測定橋跨結構主要控制截面測點的動撓度時間歷程響應曲線,見圖9。

      圖9 勻速40km/h跑車跨中動撓度曲線

      由圖8、圖9分析得出:該橋上部小箱梁的一階自振頻率為3.05Hz,二階自振頻率為5.63Hz;在車速為40km/h時的動力系數為1.11。

      4 結論

      ⑴ 靜荷載試驗表明,在試驗荷載作用下,該橋承載能力滿足設計要求。

      ⑵ 動荷載試驗表明,在試驗荷載作用下,該橋上部結構小箱梁的一階自振頻率為3.05Hz,二階自振頻率為5.63Hz;車速為40km/h時的動力系數為1.11。


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