山区高墩大跨连续刚构桥的荷载试验研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇山区高墩大跨连续刚构桥的荷载试验研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：为评价山区高墩大跨连续刚构桥的结构性能和承载能力，本文对其进行了结构理论计算和动静载试验，为评价大桥在设计使用荷载下的结构性能及同类桥梁的试验检测和结构承载能力的评定提供参考。

关键词：山区，高墩大跨，连续刚构，荷载试验

中图分类号: S773.4文献标识码：A

随着预应力混凝土的产生，高墩大跨结构得到了进一步的发展，特别是在多山的贵州地区，高墩大跨连续刚构结构修建得越来越多。为了检验新建高墩大跨连续刚构桥的结构刚度是否达到设计荷载要求，以及桥梁结构整体性能是否良好，需对其结构性能和承载能力进行研究，目前对连续刚构桥的结构性能和承载能力的研究虽有不少[1-4]，但对高墩大跨结构的连续刚构还是不多。因此，对进一步完善高墩大跨连续刚构桥的试验检测方法和结构承载能力的评定有极其重要的作用。

1、工程概述

天桥特大桥主桥上部结构为106+200+106米预应力混凝土连续刚构，下部主墩为双薄壁空心墩、分隔墩为单薄壁空心墩，主桥最高墩为155.00m，采用桩基础，主桥桥墩采用C40混凝土，上部箱梁构造采用C55混凝土，采用为变截面单箱单室断面。

2、静载试验

2.1 试验内容

测试相应加载工况下试验加载截面控制部位的应变（应力）及桥跨挠度分布曲线，判断该桥梁结构强度和刚度是否到达设计荷载要求；

2.2 测试截面及测点布置

桥面挠度测试截面：设13个挠度测试截面，采用精密光学水准仪进行测试，测点布置详见图1。应力（应变）测试截面：共设4个应力测试截面，采用扬州金明JM3812进行测试，详见图2。

图1挠度测试截面布置图（单位：m） 图2应力测试截面布置图(单位：m)

2.3 试验荷载

结构计算中根据设计要求按公路I级最不利布载，以控制截面最大弯矩作为试验加载截面的控制值。各试验加载截面的控制内力见表1：

表1静力试验荷载效率

工况

序号 工况内容 用车量

（台） 控制部位 设计控制值

（kN•m） 试验计算值

（kN•m） 荷载效率

1 边跨最大正弯矩 6 J1截面 25834 24933 0.97

2 墩顶最大负弯矩 8 J2截面 -111121 -96372 0.87

1/4最大负弯矩 8 J3截面 -29608 -27874 0.94

中跨最大正弯矩 8 J4截面 24607 24769 1.01

2.4 试验工况

共进行2种情况的加载试验，即2个加载工况，具体如下：

工况1：J1M+偏载游加载作用下应变和挠度测试；工况2：J2M-、J3M-、J4M+偏载作用下应变和挠度测试。

2.5 试验结果

（1）应力

在试验荷载作用下，测试截面的实测应力及与计算应力的比较见表2。

表2 试验荷载作用下实测应力与计算应力对比表

试验工况 测试截面 弹性应力（MPa） 计算值

（MPa） 校验系数η（／）

工况1 J1下缘测点 0.57 0.71 0.80

工况2 J2上缘测点 0.50 0.96 0.50

J3上缘测点 0.32 0.43 0.74

J4下缘测点 1.78 2.34 0.76

从表2可以看出：测试截面的实测应力均小于理论计算值，桥跨结构整体强度足要求。

（2）挠度

各工况试验荷载作用下，挠度测试截面的实测值及与计算值的比较曲线见图3~图4。

图3 工况1挠度曲线图4 工况2挠度曲线

各截面的实测值与理论计算值的线形相关曲线见图5~8。

图5 工况1作用下J1截面F2挠度线形相关曲线 图6 工况2作用下J4截面F7挠度线形相关曲线

从图3、图4实测桥跨挠度及与理论计算值对比结果可以看出：试验加载下，挠度结构校验系数在0.32~0.99之间，线性相关系数在0.8243~0.9885，卸载后挠度回复正常，表明在试验荷载下，试验桥跨结构整体刚度正常。

3、动力荷载试验

3.1 试验内容

动载试验主要针对大桥中跨进行，主要内容有桥跨结构自振特性、最大正弯矩截面行车动力响应试验。

3.2 测点布置

在中跨跨中J4截面布置纵向动应变和竖向加速度测点。

3.3 理论振型

采用有限元软件MIDAS/CIVIL2011计算桥跨结构自振特性，其结果见图7。

图7 一阶竖向弯曲计算振型（f1=0.987Hz）

3.4 实测

大桥测试采用动态测试软件扬州金明JM3844进行，实测自振特性测试振型特征为对称竖向弯曲，实测基频为1.000，理论计算基频为0.987，实测值大于理论计算值。

汽车以10km/h、30km/h、50km/h的速度进行跑车试验和以20km/h、30km/h的速度进行刹车试验，得出测试截面最大动应变和冲击系数如下表3所示。

表3动应变和冲击系数分析表

工况

项目

测试参数 无障碍行车试验 刹车试验

10km/h 30km/h 50km/h 20km/h 30km/h

最大动应变 5.552 5.209 5.193 5.223 5.261

冲击系数 1.036 1.075 1.039 1.072 1.104

通过表4看出：中跨跨中截面刹车试验的冲击系数在1.072~1.104之间，而无障碍行车试验的冲击系数介于在1.036~1.075之间。表明刹车试验比无障碍行车试验对桥的冲击更大。

4、结语

通过静载试验可知：桥梁结构实测应力均小于计算值，桥跨结构整体强度足要求；挠度结构校验系数在0.32~0.99之间，卸载后整体上挠度回复正常，桥跨结构整体刚度满足要求。通过桥跨结构自振特性测试，实测一阶频率大于理论计算值，表明结构的整体刚度满载要求；通过无障碍行车试验和刹车试验得出刹车试验对桥梁的冲击比无障碍行车试验大。

综合动静载试验分析结果得出：桥梁当前承载能力能满足设计荷载等级（公路I级）的要求。

参考文献：

[1] 陈全,李泉珍,邓建华. 连续刚构桥梁荷载试验检测及作用分析[J].工程与实验，2012（01）：050-03

[2] 王国鹏. 连续刚构桥荷载试验设计与使用性能评定分析[J].北方交通，20130（05）:0112-04

[3] 黄少新，赵文秀.连续刚构桥荷载试验分析[J].桥梁建设，2016（S1）：040-03

[4] 杨勇.某连续刚构的荷载试验研究[J].科技风，2011（06）：032-03

作者简介：曹少辉(1983.11 ---)，男，硕士研究生学历，湖南省益阳人，工程师，研究方向：桥梁结构分析与工程控制。