大型钢一砼组合连续梁弯桥静动载试验分析

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1、工程概况

广东省东莞市境内广深高速石鼓连接线石鼓立交桥,是连接东莞大道、广深高速公路的一座大型立交桥,全长4.6公里。其1号主线桥位于石鼓连接线与东莞大道相交处,桥位处设计定线线形为圆曲线,缓和曲线,圆曲线半径为680米、200米及300米。本桥设计为弯桥,备墩中线均与桥梁中线径向设置,上部结构为:10#-15#墩为钢一砼组合连续梁,桥面板混凝土采用C50无收缩混凝土,跨径为30+42+30+37+30米;其余为预应力砼连续梁。混凝土采用C50混凝土。桥梁跨径布置为(4*30)+(3*30)+(3*30)+(30+42+30+37+30)+(30+32+32+30)=593米。桥梁设计荷载为城市-A级。

2.1　载位及荷载效率

根据桥梁的结构形式,本次静载试验选

取该桥第1联右幅第1跨(0#桥台-1#墩)、第2跨(1#墩2#墩)为试验跨,分别进行两跨最大正弯矩工况以及1#墩支点截面最大负弯矩工况的静载试验,测量结构在静力荷载作用下各控制截面处测点的挠度与应变。根据该桥设计图纸,应用结构分析软件,按照桥梁设计规范要求,计算出在设计荷载作用下试验截面的最大弯矩,然后按等效弯矩等于设计最大弯矩值进行加载载位布置。(图2.1为控制断面示意图。)

在试验荷载作用下,各控制截面的设计弯矩、试验弯矩及荷载效率系数见表表2-1。

2-2　试验工况

本次静载试验共分为3个加载工况,具体如下:

工况1:A截面最大正弯矩偏心加载(该工况分为三级加载,一级卸载);

工况2:C截面最大正弯矩偏心加载(该工况分为三级加载,一级卸载);

工况3:B截面最大负弯矩偏心加载(该工况分为两级加载,一级卸载)。

2-3　挠度测试结果

2-3-1　测点布置

选取试验跨跨中和L/4、3L/4及两端支座位置为挠度测点,共计布设18个挠度测点,测点布置及编号如图2-2、图2-3、图2-4所示。

2-3-2　挠度测试结果

本次挠度测试共测试了试验跨l/4、1/2和3/4等各截面梁底两侧测的挠度,测试结果表明,中跨正弯矩工况满载情况和边跨正弯矩工况满载情况下,实际测得的挠度值均小于相应的理论计算值,对应的校验系数均满足规范要求(即小于O.7或介于0.7-1.05之间),残余挠度均较小。加载跨的实测挠度值与桥跨上加载重量基本成线性关系,表明结构在线弹性范围内工作。

工况1(A截面最大正弯矩)的挠度测量结果见表2-2;

表2-2工况1(A截面最大正弯矩)挠度实测值与理论值

表2-3_工况2(c截面最大正弯矩)挠度实测值与理论值

工况2(c截面最大正弯矩)的挠度测量结果见表2-3;

2-4　应变测试结果

2-4-1　测点布置

在A截面、B截面和C截面三个截面处(截面位置如图2-1所示),布置应变测点,测点位置及编号见图2-4-图2-6。应变测量采用标距为150mm的振弦式应变计进行测量结构在各级荷载作用下各测点的应变变化及分布情况,测试仪器使用DataTaker-615数据采集仪并通过计算机控制每隔30秒采集应变数据一次并存储。

2-4-2　应变测试结果

本次挠度测试共测试了试验跨A、B、c三个控制断面的应变,测试结果表明,各工况满载情况下,主要测点应变值基本上都小于相应的理论计算值,对应的校验系数均满足规范要求(介于0.7-1.05之间),残余应变均较小。加载跨的偏载倒实测应变值与桥跨上加载重量基本成线性关系,表明结构在线弹性范围内工作。

工况1　(A截面最大正弯矩)的应变测量结果见表2-4,工况2(c截面最大正弯矩)的应变测量结果见表2-5,工况3(B截面最大负弯矩)的应变测量结果见表2-6,

表2-4　工况1(A截面最大正弯矩)A截面应变实测值与理论值(με)

表2-5　工况2(c截面最大正弯矩)c截面应变实测值与理论值(με)

表2-6

工况3(B截面最大负弯矩)B截面应变实测值与理论值(με):

2-5　静载试验结果评价

工况1　(A截面最大正弯矩)满载时,挠度实测最大值(6#测点)为5.22 mm,理论计算值为5.8l innl,相应的校验系数为0.90,相对残余变形5.94%;应变实测最大值(A截面5#测点)为87.Oμε,理论计算值为96.8με,相应的校验系数为0.90,相对残余应变为5.7%。

工况2　(c截面最大正弯矩)满载时,挠度实测最大值(14#测点)为6.59 mm,理论计算值为7.95mm,相应的校验系数为O.83,相对残余变形3.34%;应变实测最大值(c-截面19#测点)为72.0με,理论计算值为71.0με,相应的校验系数为1.01,相对残余应变为5.6%。

工况3　(B截面最大负弯矩)满载时,应变实测最大值(B截面ll#测点)为一34.0με,理论计算值为57.9με,相应的校验系数为0.59,相对残余应变为8.8%。

各工况下满载时的最大挠度值的校验系数均介于方法规定的O.7-1.05之间或小于0.7(偏安全),相对残余均小于20%,挠度满足规范要求,各工况下满载时的最大应变值的校验系数均介于方法规定的O.7-1.05之间或小于0.7(偏安全),相对残余均小于20%,应变满足规范要求。

3、动载试验及其结果

3.1　动载试验的方法与过程

本次动载试验的具体步骤如下:

在桥面上,使用一辆重量约为350kN的汽车分别以20km/h、30km/h、40km/h的行驶速度进行跑车,使桥梁产生受迫振动,量测桥梁的振幅和振动频率,(2)在桥面上,使用一辆重量约为350kN的汽车分别以20km/h、30km/h的速度,行驶至跨中位置紧急刹车使桥梁产生受迫振动,量测桥梁的振幅振动频率,(3)记录桥梁在环境自然脉动下的振动,通过软件分析,从而得到桥梁的固有频率。动态测试的测点布置在试验跨的跨中位置,如图3.1所示。

3-2　动载试验结果及分析

根据动载测试的时域及频域分析,可得到动载试验结果,见表3-1。使用有限元分析软件MIDAS/Civil对该桥进行模态分析计算,得到的第1阶竖弯固有频率为4.08Hz(图3.2),试验实测值为3.91Hz,实测值与理论值接近,满足设计要求。跑车和刹车的各项动力系数均在正常范围。

4、结　果

根据本次荷载试验检测得到的结果。得到如下结论;(1)在静力荷载作用下,该桥试验跨的刚度与强度均满足设计荷载;即“城-A”级的设计要求;(2)自然脉动试验所得到的桥梁第一阶竖向振动的固有频率大于理论计算值,桥梁实际刚度大于设计值。自然脉动试验和跑车和刹车试验所得到的桥梁竖弯自振特性是一致的,冲击系数正常;(3)综合动、静载试验结及全桥外观检测结果,东莞市环莞快速路(西段)跨广深高速特大桥各项指标均满足“城-A”级设计要求.技术状态良好,综合评价为A级桥,可以投入营运。

5、结束语:

笔者先后主持或参与了几十座桥梁的荷载试验工作,在实践中积累了一些经验和体会,现将这一大型钢一砼组合连续梁弯桥的典型公路桥梁现场荷载试验的技术资料与同仁们共同交流,以期抛砖引玉,共同进一步促进我国桥梁建设发展。