珠江立交桥荷载试验
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[摘要] 本文主要介绍了珠江立交桥的静载试验、动载试验过程、结果与分析，详细说明了桥梁检测的程序、目的、要求，并对桥梁的各项病害进行了分析和评估。
[关键词] 桥梁检测静载试验动载试验桥梁病害
[Abstract] this article mainly introduced the Pearl River overpass bent cap Reinforcement Scheme Selection, model, calculation, results and analysis, a detailed description of the external prestressed steel box beam structure of the advantages of strengthening, effect.
[Keywords] external prestressing force, large-cantilevered pier caps short stiffener, the reinforcement of steel box external prestressing , Bridge inspection, Bridge Diseases
中图分类号：U441+.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
第一部分前言及桥梁概况
随着我国交通事业的发展，城市桥梁和高架桥日益增多，由于桥梁破损等造成的安全事故时有发生，对人民生命财产安全造成了威胁。为了桥梁能够安全正常运营，需要对桥梁定期进行检测，通过外观普查及荷载试验，对桥梁实际 承载力进行评估，为桥梁现阶段安全营运提供技术依据和保障。
珠江立交桥修建于1987年；桥梁部分全长512米，全宽12米，共2车道。南引道纵坡3.5%，长176.1米；北引道纵坡3%，长126.82米。上部结构分为简支空心板与简支整体板两种形式，全桥共32孔，2孔为简支整体板，其余均为简支空心板，跨径布置为16米×6 +17×2米+16米×2+17.14米+16×21；简直空心板每孔11块板；中板宽1.01米，高0.7米，边板宽1米,悬臂0.4米。
珠江桥设计荷载：汽车—20级，验算荷载：挂车—100。
根据现场实际情况，对珠江立交桥进行了详细的外观普查并根据相关规对珠江桥进行了桥梁完好状况评估，限于篇幅，这里不予讨论。
第二部分荷载试验
2.1试验目的
检验桥梁结构是否满足设计荷载要求，了解其整体工作性能，为桥梁现阶段的安全运营及以后的维护提供技术依据。
2.2试验依据
（1）《公路旧桥承载能力鉴定办法》（试行），1988
（2）《公路桥涵设计通用规范》，JTJ 021-8
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,JTJ 023－85
（4）《城市桥梁设计荷载标准》，CJJ77-98
（5）《沈阳市珠江街立交工程》，1987年6月
2.3测试截面
根据本桥结构的特性及设计方案的特殊性，选择珠江桥东侧第3跨（简支空心板）和第7跨（简支整体板）为检测跨，第3跨与第7跨采用的测试截面位置相同，均采用跨中1/2L、1/4L、支点处的截面为测试截面；并采用桥梁结构分析专用程序“桥梁博士”、“MIDAS”、“桥梁通”进行静、动力分析，以中跨跨中截面为动态测试截面。
2.4测点布置
2.4.1应变测点
一，第3跨（简支空心板跨）
在梁底布置应变测点。应变测点共布置18个，编号从1-18；在6#板跨中布置一个动挠度传感器与一个电容式加速度传感器以测试结构动态特性。传感器各个测试断面应变测点布置如下图所示。
第3跨应变测点布置示意图
二，第7跨（简支整体板跨）
在梁底布置应变测点。应变测点共布置17个，编号从1-17；在跨中布置一个动挠度传感器与一个电容式加速度传感器以测试结构动态特性。传感器各个测试断面应变测点布置如下图所示。
第7跨应变测点布置示意图
在第7跨的盖梁处设置3个传感器以测试盖梁的承载能力和受力状况，示意图略。
挠度测点
在桥下布置挠度测点，挠度测点均设在梁底面上，采用百分表观测结构竖向位移，布置位置与应变测点位置相同，另外需增加支点处挠度测点，示意图略。
2.5试验荷载
2.5.1静力荷载试验
根据《公路旧桥承载能力鉴定办法（试行）》的规定，一般采用基本荷载，静力试验荷载的效率系数η取值范围为1.05≥η≥0.8。
式中：Sstat——试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；
S——设计标准活载作用下，检测部位变位或力的计算值；
δ——设计取用的动力系数
为了保证试验的有效性，根据各测试截面的内力与挠度影响线，按最不利位置加载，在保证各测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.80以上的条件下，经过计算确定，本桥两跨的静载试验均用30t加载车2辆。本次静载试验所用加载车在进行试验前需要对每辆车严格过磅，记录下各辆车的实际总重、各轴重。
2.5.2动力荷载试验
取一辆30t试验车辆荷载作为动力试验荷载。
2.6试验工况和加载方法
2.6.1静力荷载试验
（1）试验工况
一、第3跨（简支空心板跨）
根据梁体在实际受力的最不利情况，对2#板采用两辆车跨中加载，分两级加载（一级为跨中偏移1m加载，二级为跨中加载）；对6#板采用两辆车跨中加载，分两级加载（一级为跨中偏移1m加载，二级为跨中加载）。车辆在桥上的布置位置图略。
具体荷载及工况，试验的荷载效率如下表：
静载试验效率系数
二、第7跨（简支整体板跨）
根据梁体在实际受力时，最不利位置的情况，对整体板进行共计七个工况的加载试验，并在本跨对盖梁的受力情况一同进行加载试验，盖梁共分四个工况；具体荷载及工况、试验的荷载效率如下表；车辆在桥上的布置位置图略。
加载工况表
静载试验效率系数
（2）试验过程
① 准备工作
Ⅰ、试验前对试验桥逐孔查看，并根据计算分析及现场实际情况选取试验孔，清理桥面，标记加载位置及测点布设位置；
Ⅱ、试验前，按照试验方案租用试验车辆并量取试验车辆原始数据，试验车装载过磅，记录车辆轴重及总重；
Ⅲ、对试验孔按试验方案中应变和挠度测点布置方式进行放样，在梁底安装应变传感器，同时布设挠度百分表；
Ⅳ、安装测试仪器及传感器连接导线，调试仪器，检查各传感器及百分表工作情况，确保处于良好工作状态；
Ⅴ、进行预加载，进一步检查传感器、百分表读数、反应是否正常灵敏，一切没有问题后，封闭交通，按试验方案工况位置进行试验。
② 荷载试验
Ⅰ、对每一工况的每一次加载，试验车辆就位后，关闭发动机并持续5分钟以上，待数据完全稳定后进行记录，卸载10分钟以上再进行重复加载，以便使结构弹性变形得以恢复，减小结构塑性残余变形；
Ⅱ、各工况按方案确定的荷载等级分级加载；
Ⅲ、严格按设计的加载程序进行加载，荷载的大小、截面内力的大小应由小到大逐渐增大，并随时做好停止加载和卸载的准备。
2.6.2动力荷载试验
（1）试验工况
动载试验分为脉动试验和强迫振动试验，强迫振动试验分为跑车试验、跳车试验和刹车试验三种工况。车辆按不同车速，分不同情况通过试验孔，对桥梁进行动态激振。
珠江立交桥第3跨与第7跨实验工况：
工况1：无障碍行车，一辆30t试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速通过试验孔。
工况2：无障碍行车，一辆30t试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速驶至试验孔跨中时，紧急刹车。
工况3：一辆30t试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速驶过布置在试验孔跨中高度为5cm的跳板。
2.7试验成果
2.7.1静力荷载试验结果
（1）结构静力分析模型
一、第3跨（简支空心板跨）
本跨结构分析采用桥梁结构分析通用程序 “桥梁博士” 、“MIDAS Civil”进行计算。结构离散如图。
空心板跨结构单元离散图
二、第7跨（简支整体板跨）
本跨结构分析采用结构分析通用程序“MIDAS Civil”进行计算。采用梁单元离散，结构离散如图3-22，结构模型图3-23。本跨包含盖梁部分的结构分析 ，结构离散如下图所示。
整体板跨结构总体模型图
盖梁结构总体模型图
（2）试验数据分析
限于篇幅，仅给出第7跨上部结构数据分析表，第3跨及盖梁部分略。
① 挠度分析
第7跨（简支整体板跨）
限于篇幅，实验分析数据略，挠度校验系数在0.66-0.92之间，大部分数据满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》上的要求；实测的挠跨比均小于1/600，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》上的要求；相对残余挠度最大为11.93%，没有超过规范规定得20％，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》上的要求；挠度变化率最大为7.48%，说明结构有很好的变形重复性；以上各指标说明桥梁的刚度、弹性工作性能、变形回复性及变形的重复性基本满足设计要求。
② 应变分析
限于篇幅，实验分析数据略，应变校验系数在0.13-0.96之间，大部分数据基本满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》上的要求；相对残余应变最大为16.67%，没有超过规范规定的20％，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》上的要求；应变变化率最大为10.53%，说明结构有比较好的变形重复性；以上各指标说明桥梁的整体强度、弹性工作性能、变形回复性及变形的重复性基本满足设计要求。
2.7.2动力荷载试验结果
限于篇幅，仅给出第7跨上部结构数据分析表。
（1）自振频率及振型
第7跨（简支整体板跨）
① 竖向一阶振型图（频率理论值为6.77HZ）
珠江桥第7跨一阶振型图
珠江桥第7跨二阶振型图
② 自振频率比较
试验荷载下，珠江桥第7跨频谱图如图3-63所示。根据实验，上部结构竖向一阶频率实测值为6.64HZ，小于计算值6.77HZ。
因为本桥设计年代早于新规范的时间，所以，桥梁冲击系数依据旧规范计算为 0.22。
由桥梁强迫振动时程曲线测得的最大动挠度值和桥梁静载试验测得的最大静挠度值，得桥梁冲击系数实测值如下表：
强迫振动试验最大动挠度及冲击系数
珠江桥第7跨的冲击系数的理论计算值为0.22，我们可以从表3-14中的冲击系数看出：结构在跑车和刹车两种激励作用下的冲击系数均小于冲击系数的理论值；在跳车作用下的冲击系数均大于冲击系数的理论值。
以上情况说明跳车产生的振动能量远大于刹车和跑车所产生的振动能量，对结构产生的动力影响也较大，所以桥梁的桥面应尽可能保持平整，当桥面有破损情况时应尽快修补，以减轻跳车对结构产生的动力影响。
（2）阻尼比
通过对跑车试验时的桥梁振动时程曲线进行滤波、剪切等处理，根据振动衰减波形，计算得阻尼比 ζ=3.26%，在正常范围1%-10%之间。
2.8 荷载试验小结
从两个测试跨的挠度测试结果来看：在各工况荷载的作用下，桥梁刚度基本满足设计要求。
从两个测试跨的应变测试结果来看：在各工况荷载的作用下，桥梁试验跨的整体强度基本满足设计要求。
在各工况荷载的作用下，各试验跨梁体的原有裂缝未发现扩展，说明梁体基本处于弹性工作状态。
由于现场诸多因素的影响，部分应变实测值存在奇异值，在计算中将被自动剔除。
从动载试验结果看：桥梁上部结构竖向基频两跨的实测值为6.25HZ和6.64HZ，与计算值5.15HZ和6.77 HZ接近。从频谱图中我们也可以看出结构在跑车作用下，振动能量主要集中在基频附近。结构在跑车和刹车两种激励作用下的冲击系数均小于冲击系数的理论值；在跳车作用下的冲击系数均大于冲击系数的理论值。以上情况说明跳车产生的振动能量远大于刹车和跑车所产生的振动能量，对结构产生的动力影响也较大。两跨通过对跑车试验时的桥梁振动时程曲线进行滤波、剪切等处理，根据振动衰减波形，计算得阻尼比分别为3.44%和3.26%，均在正常范围1%-10%之间。
限于篇幅，对珠江桥的评定与加固建议等就不予讨论了。
第三部分结束语
现阶段，我国城市桥梁日益增多，而由于桥梁各种病害引发的安全事故也是时有发生，所以，旧桥检测与旧桥加固成为保证桥梁能够安全运营的必须环节，只有对桥梁定期进行检测，通过外观普查及荷载试验，对桥梁实际 承载力进行评估，才能为桥梁现阶段安全营运提供技术依据和保障；当对桥梁的整体工作状况有了详细的了解之后，然后采取针对桥梁的各种病害进行加固维修，才能更有效的延长桥梁的寿命，保证桥梁的安全使用。
参考文献:
[1] 《公路旧桥承载能力鉴定办法》（试行），1988. 人民交通出版社
[2] 《公路桥涵设计通用规范》，JTJ 021-8 [3]. 人民交通出版社
[4] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,JTJ 023－85. 人民交通出版社
[5] 《城市桥梁设计荷载标准》，CJJ77-98.人民交通出版社
[6] 陈开利 王邦楣 林亚超，《桥梁工程鉴定与加固手册》.人民交通出版社.2004