多跨连续梁桥荷载试验及承载力评价研究

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摘 要：随着城市的快速发展，桥梁在缓解城市交通压力上起到了重要作用，桥梁建设过程，考虑到后期桥梁荷载的需求，需要对桥梁进行荷载实验与承载力评价，使桥梁设计符合实际要求。本文以某城市立交七跨连续梁桥为例，对其进行荷载实验与桥梁承载力评价研究，为桥梁建设施工提供一些有益参考。

关键词：多跨连续梁桥；荷载实验；承载力评价

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.106

0 引言

桥梁结构荷载实验与承载力评价过程是桥梁建设中的一项关键工作，目的是通过该实验，了解桥梁结构的承载能力以及后期的运营质量，具体实验中，利用静载实验来测试桥梁的承载能力，以保证桥梁的可靠与安全，动载实验确定桥梁的动力特性，获得桥梁运营状况与承载力相关数据信息。

1 工程概况

某城市立交桥全新总厂为746.15m，主桥采取V形墩连续结构，其他跨径使用预应力混凝土梁桥，连续梁桥的成桥荷载实验为本次实验的主要内容，该段连续桥梁上部采用单箱双室的箱梁结构，梁高1.82m、桥面宽19m，底板宽12米，后23cm，腹板厚度为45cm，桥梁荷载等级划分为A级桥梁。

2 实验方案

布置测点。

（1）静载实验。静载实验中，安装的测试点具体分布在桥梁的边跨位置以及桥梁侧边跨位置，主要用来测量桥梁的挠度与应变大小，其中应变测试点的安装位置主要位于桥梁的边跨跨中位置（A-A、B-B）与11#（C-C）截面，跨中位置底部各安装6个正应变测点，而C-C截面安装了3个正应变测点与3个剪应变测点，共计15个正应变测点与3个剪应变测点。挠度布置了9个测点，分别位于10#、11#、12#各一个，边跨与次边跨各2个，距11#的1/4横截面各1个。挠度与应变测点安装情况如图1所示。

（2）动载实验。动载实验设计主要是获取桥梁的动力特性，实验中使用的测试工具为重量30t的车辆，并在桥梁的相应位置安装有速度传感器与动态应变片测点，测试过程中，车辆以匀速状态行驶，位于桥梁不同位置的3个速度传感器与5个动态应变侧片用来测量运行过程中速度与桥梁动力特性的变化。速度传感器分别放置在桥梁边跨跨中位置、边跨1/4以及次边跨跨中位置；而动态应变片分别放置在箱梁底板边跨与次边跨的跨中位置。

3 实验结果分析

3.1 静载实验结果

（1）挠度测试结果。通过安装测试点，得出桥梁的挠度等级与理论数值情况，实际测量得出桥梁的挠度指大小为2.79mm，而理论计算得出的值为3.17mm，两者相差不大。实测结果还显示，桥梁的荷载系数在0.77～0.9区间，这满足理论设计0.7～1.0的校验系数要求，表示桥梁承载力达到设计要求；测量过程中，利用感应点获得两个相应桥跨之间的校验系数为0.5～0.6，小于设计规定，这个实验结果的产生可能是由于量相连测量点的距离较大，并不是位于挠度控制点范围，实测数据必然会出现偏低、误差过大的情况，使得校验系数与规定相差较大。（2）应变测试结果。边跨跨中最大正弯矩在车辆荷载的作用下，测出A-A横截面的最大正应力为1.507MPa，各测点的校验系数也位于0.5～0.9区间，满足预应力混凝土桥梁校验系数0.6～0.9的要求。B-B截面最大正应力为1.302MPa，各测点校验系数在0.5～0.9区间，也符合预应力混凝土桥梁校验系数要求。支点的剪力在荷载的作用下，实际测量得出C-C截面最大剪力为0.634MPa，理论计算值为1.20MPa。桥梁边跨的跨中位置在车辆的作用下，测试到应力最大值为1.642MPa，校验系数与应变系数均小于9%，桥梁边跨跨中位置的横向应变系数在1.05～1.17区间范围内，满足荷载系数1.15的要求。（3） 连续梁承载力评价。由挠度测试结果可以看出，车辆加载桥梁挠度校验系数位于0.8～0.9之间，而无车辆加载情况下挠度校验系数在0.5～0.6之间，计算主梁边跨跨中最大挠度：主梁边跨跨中最大挠度理论值大小为：，实测挠度值为，规范限制值，说明最大挠度符合设计要求。在具体实验中，并没有发现桥梁出现破损或者裂缝的情况，因此该实验结果满足预应力混凝土结构在荷载加压情况不出现裂缝的要求。

3.2 动载实验结果

（1）结构动力特性。实验中使用汽车进行无障碍匀速形式，分析速度传感器与动态应变片的测点频率与影响情况，结果分析中，利用有限元软件构建Beam4单元，将全桥拆分为210各单元，利用模态分析的方法，通过实测曲线与有限元分析结果能够得出，桥梁结果的基频为3.1738Hz，有限元桥梁的基频数值为2.932Hz，实测基频与理论基频的比例为0.932。而且实际测量得出桥梁的二阶频率为4.834Hz，而理论计算的频率为4.413Hz，可以发现实测频率大于理论频率，说明桥梁结构的刚性强度远远高于实际值。（2）冲击系数分析。动载实验中，通过收集速度传感器来获得车辆行驶速度以及车辆行驶过程中次边跨跨中的动态应变量数值大小，形成速度与动态应变值关系曲线，并根据车辆最大静应变计算量，得出测试结果，车辆的速度逐渐加快，单车对桥梁的冲击系数呈不稳定上升趋势。数值模拟车辆冲击系数中，车辆分别行驶在光滑与摩擦力不同的路面上，能够得出冲击系数与车辆行驶环境的关系，冲击系数的数值随着桥面状况不断变差而呈现逐步上升趋势，得出桥梁路况对冲击系数的影响及其显著，本实验中，测得摩擦力与路面状况最差的B级路面，冲击系数在1.12～1.18之间，对比国际规定的桥梁最大冲击系数1.188而言，本次测试桥梁冲击系数符合要求。

4 结语

通过桥梁静载实验与动载实验，分析挠度测试、应力结果、结构动力特性及冲击系数分析，得出以下结论：实测偏载系数小于理论值，设计符合实际荷载要求；本实验中，所有校验系数均保持在0.5～1，，且实验卸载完成后，桥梁的挠度与应变恢复良好，说明桥梁一直处于弹性工作状态。实测基频比理论基频大，说明桥梁的刚性强度比理论计算大。同时，实测冲击系数在标准范围内，表明桥梁的平整度良好，桥梁冲击满足规范要求。

参考文献：

[1]许莉，祁皑.多跨混凝土连续梁桥隔震措施研究[J].桥梁建设，2014（02），32-37.

作者简介：张小川（1988-），男，四川内江人，本科，助理工程师，研究方向：桥梁工程，主要从事路桥现场施工工作。