某高速公路大跨度斜拉桥静动载试验及结构评定探讨

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇某高速公路大跨度斜拉桥静动载试验及结构评定探讨范文，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：荷载试验就是对桥梁进行直接加载测试的科学试验。桥梁荷载试验不仅要求工作人员具有丰富的现场经验，而且同时需要坚实的理论基础作为指导。本文对某高速公路大跨度斜拉桥静动载试验及结构评定进行了分析探讨。

关键词：斜拉桥 静载试验 动载试验

桥梁荷载试验有助于发现桥梁结构隐蔽病害，检验桥梁的设计与施工质量，是一项实践性很强的工作。某高速公路桥梁总长3124.4m，其中主桥为跨度（130+248+130）m的预应力混凝土边箱梁双塔双索面斜拉桥，桥面宽33.5m，采用双向6车道，桥面纵坡为1.05%。设计荷载为公路Ⅰ级。为科学地评价桥梁结构的强度、刚度、承载能力和结构的整体工作性能等提供基础资料，同时也评价工程的施工质量、设计的可靠性和合理性以及大桥的交竣工验收提供可靠的依据，新建桥梁通车前必须对其进行静动载试验。

1 有限元分析

计算模型采用空间有限元程序MIDAS Civil 2006进行，模型共666个节点、327个梁单元，152个桁架单位，利用软件对该桥梁进行整体静力与动力分析。

2 静载试验

桥梁静力荷载试验，主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力，用以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。它是检验桥梁结构实际工作性能，如结构的强度、刚度等的最直接和最有效的手段和方法。

2.1 静载加载设计

根据试验目的和要求，静载试验主要进行以下内容的测试：①主梁（中跨、边跨）活载正弯矩控制截面应力检测；②主梁活载负弯矩控制截面应力检测；③索塔顶纵向水平位移检测；④主梁挠度检测；⑤各主要截面和部位的裂缝观测。

根据试验目的和要求，主要进行主梁最大竖向位移、主梁（中跨及边跨）活载最大正弯矩、主梁活载最大负弯矩、和索塔塔顶最大水平位移5个试验工况，选择中跨跨中处主梁A-A截面为主梁活载正弯矩控制截面和最大竖向位移控制截面，边跨距95#墩中心线92.6m处主梁B-B截面为主梁活载正弯矩控制截面和负弯矩控制截面，94#索塔塔顶为活载最大水平位移控制点。

试验中将对以上控制截面（控制点）进行应力（应变）或位移观测，并对94#索塔塔柱距中系梁顶面4.3m处C-C截面的应力（应变）、全桥主梁挠度及部分索力进行观测。

试验荷载的最大吨位按照使A-A、B-B控制截面的试验内力达到设计控制内力的80%～100%来确定，并以弯矩相等效为原则，同时使主梁A-A截面挠度、94#索塔顶纵向水平位移达到设计活载最大纵向水平位移的80%～100%。

2.2 试验结果分析

根据《试验方法》第3.19.2条规定，量测结构试验效率最大部位的结果，应满足以下条件：

1）量测的弹性变形或力值（Se）与试验荷载作用下理论计算值（Sstat）的比值（校验系数K）应满足β

表1给出了本次试验获得的应变及位移校验系数。表中反映，试验工况下位移及应变指标的校验系数K介于0.74～0.92之间，均满足《试验方法》的要求。

2）量测的残余变形值与量测的总变形值的比值ξ应满足ξ=Sp/Stot≤α1，对本桥，α1=0.2。

表1给出了本次试验获得的应变及位移残余变形系数ξ。表中反映，试验工况下位移及应变指标的残余变形系数ξ介于-0.06～0.03之间，均满足《试验方法》的要求。

3）量测结构的最大变形或力的总值不应超过设计标准的容许值。

根据《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）的规定，主梁在汽车荷载（不计冲击力）作用下的最大竖向挠度（为混凝土主梁时）不应大于L/500（L为主跨跨径）。对本桥，结构的竖向挠度允许值为[]=L/500=248000mm/500=498mm。而本次试验实测最大挠度为109.3mm，满足规范的要求。

3 动载试验

3.1 脉动试验测试结果与分析

脉动试验是在自然状态下，通过布置在桥梁上的加速度传感器拾取结构由大地脉动和周围环境的各种扰动引起的振动响应信号，经低频放大器将信号放大后，用动态信号采集系统进行采样、分析，以测定结构的相关动力特性（如固有频率、振型、阻尼比等）。结构的实测模态和理论计算值表明，结构前三阶实测竖弯模态频率均比理论值高，说明结构的整体刚度满足设计要求。阻尼比在0.71%～1.26%之间，相对较小，说明在小振幅范围内，结构的阻尼比较低。

3.2 行车试验测试结果与分析

在桥面无任何障碍的情况下，利用2台重约400kN的载重汽车，以约10～40km/h的不同车速来回在桥面并行行驶，以测试结构在行车荷载作用下的动力反应。在主梁A-A截面处桥面上设置高7cm的弓形板作为障碍物，以模拟桥面不平整状态。利用2台重约400kN的载重汽车，以约5～30km/h的速度在桥面上并行行驶，以测试结构在桥面不良状态时在行车荷载作用下的动力反应。

根据行车试验中A-A截面部分实测动应变时程曲线，可获得该截面相应的动力系数值。从表2可以看出，当两辆重约400kN的重车以10～60km/h车速驶过平整桥面时，该截面最实测平均动力系数在1.014～1.072之间。而同两辆重约400kN的重车以5～30km/h车速驶过有障碍桥面时，该截面实测动力系数在1.108～1.279之间。从实测结果可以看出，在同一车速下，有障碍行车比无障碍行车试验测得动力系数要大的多，说明桥面不平整对结构状况影响较为不利。因此，在桥梁运营中保持桥面平整顺畅是十分必要的。

表2 行车试验动力系数测定值

4 结论

通过对试验实测数据的分析并与理论计算值相比较，可见该桥在试验荷载作用下，各项主要力学控制指标均满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》及设计要求，实测试验曲线变化规律与理论计算基本一致，并且在试验观测断面未发现受力裂缝，表明结构的工作性能良好。结构实测模态频率比理论计算略高，表明结构的整体刚度满足设计要求。

参考文献

1.孙建平.大跨度铁路系杆拱桥静动载试验研究[J].铁道建筑.2012（09）

2.宋金强，朱宏平，黄民水.基于静动载试验的大型桥梁健康评估[J].武汉工程大学学报.2010（03）

3.张丽芳，艾军，陈建兵，任晓杰.桥梁动载试验及其有限元简化模拟研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）.2013（02）

4.连鹏宇.谈公路桥梁动载试验在桥梁检测中的应用[J].山西建筑.2015（02）