大跨连续梁桥静力学试验研究

大跨连续梁桥静力学试验研究

李彬

中铁十七局集团第一工程有限公司太原030032

摘要：针对某一特大高墩连续刚构桥进行了成桥后的静力荷载试验，测试了在各中载、偏载荷载工况下试验截面的应力、竖向挠度，从而得出了该桥在设计使用荷载下具有足够强度、刚度的结论，为该桥今后的维修养护提供了技术资料，同时为类似桥梁的荷载试验提供参考。

关键词：高墩连续刚构；静力荷载试验；静力特性；动力荷载试验

0引言

虽然我国大规模的土木基础设施建设期间不长，但由于发展速度过快以及设计规范、施工质量等方面的问题，带来了许多结构安全性、使用性和耐久性方面的隐患[1]。这些造成结构损伤的因素无法预知，对结构造成的损伤程度也无法控制和计算，针对上述情况，需通过结构现场检测来确定既有结构的现状及在设计荷载下结构是否安全可靠[2]。常用的桥梁现场检测方法为荷载试验，根据施加到桥梁上的不同荷载类型，荷载试验分为静力试验、动力特性试验、动力反应试验及抗震试验四类[3]。目前，国内在桥梁结构荷载试验方面进行了很多研究，但对超过90m的高墩桥梁荷载试验的研究较少，本文采用第一种现场荷载试验方法，结合有限元理论分析，对墩高91m的某特大桥进行了运营前静载试验，同时阐述了该桥荷载试验内容、方法、流程，以供今后同类桥梁参考。

1工程概况

主桥桥跨布置为：95m+180m+95m，为三跨预应力混凝土连续刚构桥，全长370m。桥梁平面位于直线上，横坡单向为2%，最大纵坡为2.9%。主梁采用单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁顶板宽12.0m，底板宽6.5m；主墩支点处16m长等高段梁高11.0m，跨中合龙段及边跨支点处3.8m等高段梁高4.5m，其余梁高按1.8次抛物线规律变化。

2静载试验

该桥由两幅构成，本文仅针对(左幅)主桥力学性能进行分析。为全面反映桥梁结构（左幅）在正常使用荷载下的受力性能，选取中跨跨中、1/4截面，边跨三分点处共9个试验截面，试验截面布置图见图1。

图1主桥试验截面布置示意图

2.1静载试验工况

为了真实模拟桥梁运营阶段承受汽车荷载情况，静载试验采用中载工况和偏载工况，试验内容包括：①第3跨L/3附近梁体截面(1#截面)最大正弯矩加载；②3#主墩墩顶对应梁体截面(2#截面)最大负弯矩加载；③3#主墩墩顶对应梁体截面(3#截面)最大负弯矩加载；④第4跨(180m跨)L/2梁体截面(5#截面)最大正弯矩加载；⑤4#主墩墩顶对应梁体截面(7#截面)最大负弯矩加载；⑥4#主墩墩顶对应梁体截面(8#截面)最大负弯矩加载；⑦第5跨2L/3附近梁体截面(9#截面)最大正弯矩加载。通过有限元软件Midas/Civil进行布载，最终将以上试验内容合并为六个荷载工况，分别观测各个控制截面的应力、挠度以及是否出现异常情况。

2.2静载试验荷载

静力试验荷载采用载重汽车。对每一试验工况，所需车辆荷载的数量通过设计控制荷载产生的最不利效应值等效换算而得。为保证试验效果，静载试验荷载效率系数应满足（1）式：

图2工况三、四汽车荷载纵向布置图

表1中、偏载工况的计算弯矩、试验弯矩及相应的荷载效率系数

经计算，试验跨中、偏载工况的荷载效率系数介于0.99~1.04之间，处于评定规程建议的0.95~1.05的范围[4]。

2.3静力试验测点布置

由于该桥桥墩高达91m,故采用精密水准仪进行各控制截面的挠度测试。挠度测点共布置17个，墩顶附近截面分别在左侧布置1个测点，其余各试验截面沿横向各布置2个测点，挠度测点布置图见图5。应力测点布置于各控制截面箱梁底面、腹板下部及翼板根部处，共35个应力测点，各测点位置见图6。

图6箱梁应力测试截面应变测点布置示意图

2.4静载试验结果

（1）．梁体挠度测试

试验工况下梁体的挠度结构校验系数介于0.62~0.77之间，处于规范规定的合理范围[4]，卸载后梁体结构最大残余变形为7.3%，低于规范要求值20%[4]，表明试验的桥跨结构具有足够的刚度。由于篇幅有限，图列出了部分偏载工况下，梁体挠度实测值及与计算值的比较如图7、图8所示。

注：1、面向昭通方向，左手边为“左侧”、右手边为“右侧”；2、竖向挠度向下为正。

（2）．梁体应力测试结果

通过现场实测及有限元结构分析软件计算分别得到了偏载、中载工况下部分试验截面应力实测值及与计算值，二者比较见图9~图12。通过计算得出各试验工况下截面的应力结构校验系数介于0.50~0.95之间，试验截面的应力结构校验系数均处于合理范围[4]，卸载后梁体结构最大残余应变为14.3%，低于规范要求值20%[4]，表明试验的桥跨结构具有足够的强度储备。

注：应力受压为负，受拉为正

3结论

桥跨结构的挠度结构校验系数介于0.62~0.77之间，应力结构校验系数介于0.50~0.95之间，结构校验系数均处于合理范围，表明试验的桥跨结构具有足够的刚度和强度储备，满足设计荷载等级(公路—I级)的使用要求。

作者简介：李彬，男，内蒙古乌兰察布人，高级政工师，主要从事土建工程方面的研究。

基金项目：高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金，高速铁路智能化铁路压实技术研究，编号：2016YJ005；中国铁路总公司科技研究开发计划，铁路检测监测技术研究-路基智能压实控制技术深化研究，编号：2016G006-CC。

参考文献:

[1]项海帆,范立础.桥梁工程科学的现状及前言发展方向[M].土木学科发展现状及前言发展方向研究.北京：人民交通出版社，2012：172-173.

[2]冯岚.张扬.工程结构检测与试验技术[M].成都:西南交通大学出版社，2009:7-14.

[3]鲁洁.高墩大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁荷载试验评定技术研究[D].西安：长安大学，2006.

[4]JTGTJ21-2011.公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[5]西南交通大学结构工程试验中心.某大桥（左幅）主桥试验报告[R].成都：西南交通大学，2016.