预应力混凝土连续箱梁桥静动载试验分析

预应力混凝土连续箱梁桥静动载试验分析

季峰

季峰

珠海市交通工程质量监督检测站广东珠海519000

摘要:本文以某预应力混凝土连续箱梁桥为工程实例，对桥梁进行成桥静力和动力荷载试验及分析，通过现场试验来测得桥梁各种力学指标和性能指标，结合理论计算的结果和相关要求进行科学的比较与分析，并对桥梁整体结构质量的安全做出评价，从而保证桥梁的整体安全性。供类似工程研究参考与借鉴。

关键词:连续箱梁；静载试验;动载试验;桥梁检测

Prestressedconcretecontinuousboxgirderbridgestaticanddynamictestanalysis

JiFeng

Zhuhaitrafficengineeringqualitysupervisionstation519000zhuhaiofguangdong

Pickto:inthispapersomeprestressedconcretecontinuousboxgirderbridgeastheengineeringexample,thebridgeforbridgeloadtestandstaticanddynamicanalysis,throughthefieldtesttomeasuredbridgeofmechanicsindex,performanceindexandincombinationwiththeoreticalcalculationresultandtherelevantrequirementsofthescientificcomparisonandanalysis,andthesafetyevaluationofthequalityofbridgestructure,soastoensuretheoverallsafetyofthebridge.Referenceforsimilarengineeringresearchandreference.

Keywords:continuousbox;Staticloadtest;Dynamicloadingtests;Bridgedetection

随着我国科学技术的不断进步，预应力混凝土连续箱梁在公路桥梁建设当中得到广泛的应用。虽然预应力连续箱梁桥具有结构刚度好、伸缩缝小、抗震能力强较好的抗风稳定性以及便于布置管线等优点，但由于预制施工工序较多等原因，容易产生质量问题。因此，对连续箱梁桥进行静力荷载和动力荷载，对该桥梁承载能力和使用性能作一次全面的技术评估以此检验桥梁结构承载力是否符合设计要求，确保大桥在正常营运时的使用安全。这对于公路桥梁建设发展具有重要意义。

1桥梁概况

某桥梁设计荷载等级为公路I级，地震基本烈度8度，抗震构造措施按8度设防。混凝土连续箱梁桥孔布置为26.77+2×33+26.77m。全桥平面位于直线上，纵断面位于R=3000m的曲线上，纵坡2.8%。

桥梁工程上部构造为等截面单箱三室断面，箱梁中心高度为1.9m，顶板厚0.25m，底板厚0.25m，跨中腹板厚0.45m，支点腹板厚0.6m，顶板宽20.5m，底板宽11.862m。主梁混凝土采用C50混凝土。

荷载试验分为静力荷载试验和动力荷载试验两种，其目的是了解结构在荷载作用下的实际工作状态，检验桥梁的结构设计与施工质量，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。通过动力试验了解桥跨结构的固有振动特性以及其在长期使用荷载阶段的动力性能，为竣工验收提供重要依据。

2静载试验

桥梁静载试验是分析桥梁特性的重要手段之一,指的是将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置，测试结构的净应变、净应力以及净位移等，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力，它是检验桥梁性能及工作状态(如结构的强度、刚度)最直接、最有效的办法。

为了较为客观的反应桥梁结构的使用性能，静载试验采用现场试验方式。在试验之前进行相关的理论分析，在此基础上制定周密的实施方案。理论计算结果作为衡量现场试验结果的理论依据。

2.1静载试验工况和加载方式

加载位置与加载工况的确定，主要根据设计控制荷载在主梁上产生的最不利弯矩效应值按0.80～1.05的效率系数等效换算而得，并尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率。同时，应考虑简化加载工况，缩短试验时间。理论计算采用有限元程序进行。静载试验控制截面布置如图1所示。

图1某道路连续梁桥静载试验控制截面布置(m)

根据计算结果，确定出最不利加载的3种荷载工况如下:

工况I:对A截面边跨(第一跨跨中)最大正弯矩加载，测试全桥各测点的应力及挠度，及梁端转角。重点测试A截面各测点应力及挠度。

工况II:对B截面(第6#墩顶)内墩墩顶最大负弯矩加载，测试全桥各测点应力及挠度。重点测试B截面各测点应力。

工况III:对C截面中跨(第二跨跨中)最大正弯矩加载，测试全桥各测点的应力及挠度。重点测试C截面各测点应力及挠度。该工况同时为最大挠度加载工况。

2.2加载效率分析

试验车辆产生的控制截面内力与设计荷载产生的控制截面内力之比，可确定出本次荷载试验的加载效率，见表1。

表1中联静载试验加载效率

2.3试验车辆荷载

按照桥梁设计荷载公路－I级加载，考虑到加载车按车队布载需较多车辆，本试验用汽车等效荷载加载，本桥设计行车道数为4条，按照《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)的规定车道横向折减系数为0.67，车道的纵向折减不予考虑。加载车道位置应选在结构能产生最不利的荷载效应之处。采用布载方式为4车道布载。

试验荷载拟采用的试验汽车在轮距、轴重、轮压方面模拟设计标准荷载，试验前对加载车辆进行配重，并对其称重编号。

2.4静载试验应力与位移测点布置

主梁控制截面一般布置7个应变测点，每个截面布置2个位移测点。位移测点均在箱梁控制截面底板中部两个腹板位置布置，以测试在各工况荷载作用下梁体的挠度。

2.5静载试验结果及分析

从所得的测试数据分析，得出以下结论:

1)在各种荷载作用下，主梁上各挠度测点在卸载后都能很快恢复到初始值，说明主梁处于完全弹性状态。

2)桥梁在汽车荷载作用下，各截面应力测点校验系数在0.86～0.97之间变化，符合规范要求，实测最大拉应力1.414MPa，理论计算最大拉应力1.505MPa，实测最大压应力0.739MPa，理论计算最大压应力增量0.849MPa，各工况汽车荷载作用下的应力幅值均不大。应力增量实测值均小于理论值，说明桥梁整体刚度较高，满足设计和使用要求。

3)挠度结构校验系数在0.82～0.96之间，实测最大挠度3.10mm，理论计算最大挠度3.23mm。实测值均小于计算值及规范允许值，表明桥梁竖向刚度满足设计要求。

4)实测梁端最大转角为0.00027rad，理论计算最大转角为0.00035rad，实测值均小于等于理论计算值，桥梁投入运营后在设计行车速度范围内不会发生梁端跳车现象，不会影响行车舒适感。

3动载试验及分析

3.1自振特性的理论计算值

利用建立的ANSYS有限元模型计算了该桥的前12阶自振频率。并提取前12阶频率。各阶自振频率及描述见表2。

表2理论计算自振振型汇总

从本桥前6阶振动频率和振型可以看出，除一阶纵向桥墩弯曲振动外，其余竖向及侧倾的频率相差不大，大致交替出现，说明箱梁结构的墩高、墩的纵桥向尺寸、梁高取值、横截面设计、顶底板厚度等都较为合理;主梁的自身扭转出现在第六阶，表明主梁为箱形截面，抗扭转刚度较大的特点;另外，每个墩顶均设置双支座，均有横向约束，因而在主梁侧倾、横向弯曲的同时均伴随着主梁的小幅扭转，这说明该桥满足横向稳定性要求。

3.2实测自振特性

对该桥进行脉动试验，分别在该桥各跨跨中沿线路中心线布置横向和竖向传感器，传感器布置如图2所示。

图2脉动试验测点布置

通过对采集的脉动信号进行谱分析，得到该桥的自振频率。实测自振频率与理论自振频率对比见表3。

表3理论计算与实测自振特性对比

从表3可知，箱梁实测竖向基频4.179Hz，理论计算基频4.4.147Hz，实测横向基频5.913Hz，理论计算基频5.733Hz，实测结构自振频率均略大于理论计算频率，这说明该桥的实际刚度略大于理论刚度，桥梁的质量状况良好，同时也说明该桥结构动力计算模式合理，计算方法正确。实测主梁阻尼比2.78%～4.91%，与一般桥梁阻尼比0.01～0.10接近，属于正常范围。

4试验结果总结

1)在各种荷载工况下，主梁上各挠度测点在卸载后都能很快恢复到初始值，说明主梁处于完全弹性状态。

2)各种加载工况下，主梁结构竖向位移与理论计算值基本吻合，实测值均小于计算值及规范允许值，表明桥梁竖向刚度满足设计要求。

3)桥梁在汽车荷载作用下，各截面应力测点校验系数符合规范要求，各工况汽车荷载作用下的应力幅值均不大。应力增量实测值均小于理论值，说明桥梁整体刚度较高，满足设计和使用要求。

4)实测结构自振频率均略大于理论计算频率，这说明该桥的实际刚度略大于理论刚度，表明该桥的质量状况良好，具有良好的动力性能，同时也说明该桥结构动力计算模式合理，计算方法正确。

5结语

综上所述，预应力混凝土连续箱梁桥进行静动荷载的试验结果是令人满意的。试验能够对桥梁承载能力和使用性能作一次全面的技术评估，以此分析出桥梁工作状态和各项力学性是否能满足规范和设计要求，从而保证桥梁的整体质量。

参考文献

[1]姜军.田志勇.勾红叶，泸州泰安长江大桥静动载试验研究[J].路基工程，2010.05

[2]邹波，大跨度连续梁桥静动载试验与评价[J].工程技术，2012.17