■吳明峰

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路、水運(yùn)重點試驗室，福州 350004）

1 工程概況

某大橋跨越麻陽溪，全長320m，分離式雙幅橋梁，總寬度29.5m， 橋型布置為 (82+146+82)m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，左、右幅均采用單箱單室變截面型式。主墩采用實體墩，橋臺采用肋式臺，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。荷載設(shè)計等級為城-A 級。

通過對該新橋進(jìn)行交工靜載動載試驗， 評價該橋結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足設(shè)計荷載等級要求。

橋跨結(jié)構(gòu)布置圖和主跨橫截面圖分別見圖1 和圖2。

圖1 橋跨結(jié)構(gòu)布置圖(單位：cm)

圖2 主跨橫截面圖(單位：cm)

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 靜載試驗

2.1.1 試驗工況

根據(jù)橋跨結(jié)構(gòu)受力特點和病害情況， 選擇左右幅第1 跨和第2 跨正彎矩截面及1 號墩支點負(fù)彎矩截面進(jìn)行各試驗工況，各試驗工況見表1。

表1 靜載試驗加載工況

2.1.2 測點布置

(1)應(yīng)變測點布置：第1 跨最大正彎矩截面和第2跨跨中截面及1 號墩支點截面箱梁粘貼膠基應(yīng)變片，采用靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)采集。 應(yīng)變測點如圖3 和圖4 所示。

(2)撓度測點布置：第1 跨最大正彎矩截面和第2跨跨中截面的橋面兩側(cè)布置塔尺， 采用自動安平水準(zhǔn)儀測量。撓度測點如圖5 所示。

圖3 第1 跨和第2 跨控制截面應(yīng)變測點布置(單位：cm)

圖4 1 號墩支點控制截面應(yīng)變測點布置(單位：cm)

圖5 撓度測點布置圖(單位：cm)

2.1.3 靜載試驗結(jié)果

2.1.3.1 橋梁承載能力的評定方法

(1)校驗系數(shù)

校驗系數(shù)η 是評定結(jié)構(gòu)工作狀況， 確定橋梁承載能力的一個重要指標(biāo)，可以從中判定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力的工作狀態(tài)。

實測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)?是試驗的實測值與理論計算值的應(yīng)力或撓度之比，它反映結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。

η 值越小說明結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，但η 值不宜過大或過小， 如η 值過大說明組成結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度可能較低，結(jié)構(gòu)各部分聯(lián)結(jié)性能較差，剛度較低等。η 值過小可能說明組成結(jié)構(gòu)材料的實際強(qiáng)度及彈性模量較大，梁橋的混凝土鋪裝及人行道等與主梁共同受力， 支座摩擦力對結(jié)構(gòu)受力的有力影響， 以及計算理論或簡化的計算圖式偏于安全等等。另外，試驗加載物的稱量誤差、儀表的觀測誤差等對η 值也有一定的影響。

參照 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》 (1982 年10 月)，實測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)η 的常用值見表2。

表2 實測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)的常用值表

(2)相對殘余變位(或應(yīng)變)

殘余變位(或殘余應(yīng)變)按下列下公式計算：

總變位(或總應(yīng)變)St＝Sl－Si；

彈性變位(或彈性應(yīng)變)Se＝Sl－Su；

殘余變位(或殘余應(yīng)變)Sp＝St－Se＝Su－Si；

式中：Si——加載前測值；

Sl——加載達(dá)到穩(wěn)定時測值；

Su——卸載后達(dá)到穩(wěn)定時測值。

引入相對殘余變位(或應(yīng)變)的概念描述結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)入塑性工作狀態(tài)的程度。

加州鱸魚苗培育池塘面積為2.3畝和1.8畝的兩口土池塘，平均水深0.8m。據(jù)湯老板介紹，5月初加州鱸魚苗有少量沿池塘邊獨自游動，體型瘦小，幾天后數(shù)量逐漸增多，并看見魚苗頭部呈白色，每天有幾十尾死亡，起初以為是細(xì)菌性疾病，潑灑了兩次二氧化氯消毒藥，死亡量反而逐步增加，吃食量也降低，這種情況持續(xù)了幾天仍未好轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場水質(zhì)檢測各指標(biāo)：pH值為7.6，溶氧4.5mg/L，氨氮0.3mg/L，亞硝酸鹽0.01mg/L，硫化氫＜0.05mg/L，水溫19.5℃，水色為黃褐色，水質(zhì)偏肥。

相對殘余變位(或應(yīng)變)按下式計算：

式中：S′p——相對殘余變位(或應(yīng)變)，Sp、St意義同前。

2.1.4 靜載試驗結(jié)果

(1)在試驗荷載作用下，左幅第2 跨跨中正彎矩截面撓度校驗系數(shù)為0.55，左幅第1 跨最大正彎矩截面撓度校驗系數(shù)為0.54～0.55； 右幅第2 跨跨中正彎矩截面撓度校驗系數(shù)為0.54～0.56， 右幅第1 跨最大正彎矩截面撓度校驗系數(shù)為0.58，均低于《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》 (1982 年10 月) 規(guī)定的常值范圍 (0.70～1.05)；最大相對殘余撓度為12.0%，低于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》 (1982 年10 月)規(guī)定常值(20%)。各截面撓度值及校驗系數(shù)見表3。

(2)在試驗荷載作用下，左幅第2 跨跨中正彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.70～0.73， 左幅第1 跨最大正彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.60～0.61； 右幅第2 跨跨中正彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.73～0.74， 右幅第1 跨最大正彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.60～0.61。 各測試截面應(yīng)變校驗系數(shù)均低于或處于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》 (1982 年10 月)規(guī)定的常值范圍(0.7～1.05)，相對殘余應(yīng)變?yōu)?.1%， 均小于規(guī)定值20%。 左幅1 號墩支點負(fù)彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.53～0.60， 相對殘余應(yīng)變最大值為6.9%； 右幅1 號墩支點負(fù)彎矩截面應(yīng)變校驗系數(shù)為0.57， 相對殘余應(yīng)變最大值為5.3%。 各測試截面應(yīng)變校驗系數(shù)均小于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》 (1982 年10 月)規(guī)定的常值范圍(0.7～1.05)，相對殘余應(yīng)變均小于規(guī)定值20%。

各截面應(yīng)變實測值、理論計算值及校驗系數(shù)見表4和表5。

表3 第1 跨和第2 跨控制截面撓度分析表

表4 第1 跨和第2 跨控制截面應(yīng)變分析表

表5 1#墩支點控制截面應(yīng)變分析表

2.2 動載試驗

(1)自振特性試驗。

在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微小振動響應(yīng)，測試橋跨結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比，以分析橋跨結(jié)構(gòu)自振特性。自振特性試驗橋面?zhèn)鞲衅鳒y點布置如圖6 所示。

圖6 自振特性試驗橋面?zhèn)鞲衅鳒y點布置圖(單位：cm)

(2)無障礙行車試驗。

在無障礙行車速度20km/h、30km/h 和40km/h 狀況下，測試橋梁第2 跨跨中截面沖擊系數(shù)。

2.2.2 動載試驗結(jié)果

(1)自振特性試驗結(jié)果

橋跨結(jié)構(gòu)實測豎向1 階自振頻率及振型圖和理論值比較如表6 和圖7 所示。

圖7 實測與理論振型比較

表6 自振頻率實測與理論值比較

自振特性試驗結(jié)果表明，左幅和右幅主橋?qū)崪y豎向1 階自振頻率分別為1.02Hz 和1.07Hz， 略大于理論計算值0.77Hz，實測振型與理論計算振型一致。

(2)無障礙行車試驗結(jié)果

在橋面無障礙的情況下，采用1 輛載重汽車(單車總重約45t)以20km/h、30km/h 和40km/h 不同的速度在橋上行駛，測得第2 跨跨中的沖擊系數(shù)和動撓度見表7，跨中截面動位移時程實測曲線見圖8。

圖8 無障礙行車跨中截面動應(yīng)變時程

表7 第2 跨無障礙行車試驗結(jié)果

由表7 可知， 在單車 (重約45t) 不同行車速度20km/h、30km/h 和40km/h 作用下， 左幅換算成標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載的沖擊系數(shù)分別為1.004、1.004 和1.005； 右幅換算成標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載的沖擊系數(shù)分別為1.004、1.004和1.009。 按 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 (JTG D60-2004)中沖擊系數(shù)μ 的計算公式計算：當(dāng) 時，則1+μ=1+(0.1716lnf-0.0157)=1.05(這里f 取橋面豎向一階實測頻率)。實測相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載的最大沖擊系數(shù)為1.009，小于規(guī)范計算值(1+)=1.05， 橋梁沖擊效應(yīng)不明顯。

3 結(jié)論

(1)靜載試驗結(jié)果表明：在試驗荷載作用下，橋跨結(jié)構(gòu)各截面撓度和應(yīng)變校驗系數(shù)均低于或處于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規(guī)定的常值范圍；最大相對殘余撓度和應(yīng)變均低于 《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》規(guī)定常值(20%)。

(2)動力荷載試驗結(jié)果表明：該橋左右幅主橋?qū)崪y豎向1 階自振頻率為1.02Hz 和1.02Hz，均大于理論計算值0.77Hz， 實測振型與理論計算振型一致。 實測相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)汽車荷載的最大沖擊系數(shù)為1.009，小于規(guī)范計算值(1+)=1.05，橋梁沖擊效應(yīng)不明顯。

(3) 綜上所述， 橋跨結(jié)構(gòu)承載能力滿足城-A 級設(shè)計荷載等級要求。