徐宇賢

摘 要：根據(jù)江門市某條快速路上雙塔單索面塔梁固結(jié)連續(xù)體系矮塔斜拉橋交工時的動靜載試驗驗收，重點介紹該橋梁的結(jié)構(gòu)計算、模態(tài)振型分析、試驗工況介紹、試驗結(jié)論分析等內(nèi)容。通過現(xiàn)場橋梁變位、塔頂偏位、主梁與主塔應(yīng)力狀態(tài)、分級加載作用下拉索索力增量及卸載后彈性恢復情況等實測值與理論值分析比較，結(jié)合地脈動測試方法對該橋的模態(tài)、振型、阻尼比的特征值分析，結(jié)果表明，該橋具有良好的剛度、強度和動力特性，承載能力基本滿足設(shè)計荷載要求。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)體系斜拉橋 動靜載試驗 撓度測試 應(yīng)變測試 動力特性 動載試驗

1.工程實例

1.1工程概況

江門市某快速路斜拉橋主橋為95+168+95 m雙塔單索面預應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，結(jié)構(gòu)體系為塔梁固接的三跨連續(xù)體系。主梁采用預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，按全預應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計；截面采用變高度、斜腹板單箱三室箱梁；主塔采用單柱PC矩形截面，通過表面結(jié)構(gòu)凸顯立體感。塔高29.00 m，塔身截面縱橋向長度為4.00 m，橫橋向?qū)挾葹?.50 m；索布置為雙排單索面，位于橋梁中間分隔帶。主塔塔根沿縱向設(shè)無索區(qū)，長度分別為38m、26m、28m，梁間距4.00 m，塔間距0.80 m。拉索在塔頂采取鞍座抗滑錨固體系，主梁處為群錨錨固；斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線，規(guī)格分為37φs15.2 mm和 55φs15.2 mm兩種；主墩墩身采用矩形實心墩，主墩橫橋向?qū)?6.00 m，厚度4.00 m，該橋設(shè)計荷載為公路-I級。

1.2試驗?zāi)康?/p>

（1）檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀況，綜合分析判斷橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計活載作用下的承載能力和使用條件，判斷結(jié)構(gòu)受力是否正常及是否滿足設(shè)計要求。

（2）檢驗設(shè)計和施工質(zhì)量。

（3）通過對新建橋梁的荷載試驗，為發(fā)展橋梁設(shè)計理論和提高施工質(zhì)量。

（4）為橋梁交工驗收提供依據(jù)，為橋梁養(yǎng)護、健康監(jiān)測提供初始數(shù)據(jù)。

1.3理論計算及測試截面、工況布置

采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件進行建模，主梁采用空間梁單元進行模擬，模型共864個節(jié)點、727個單元，計算模型見圖1。

根據(jù)理論計算結(jié)果共確定7個測試截面，見圖2。

結(jié)合上述測試截面，經(jīng)過優(yōu)化合并，該橋靜載試驗共設(shè)5個工況，具體見表1。

該橋靜載試驗是使試驗荷載在指定位置對橋梁進行加載，測試橋面縱向、橫向撓度，橋梁控制截面的應(yīng)變增量，塔頂變位，索力增量，根據(jù)理論計算結(jié)果與荷載試驗結(jié)果比較，以確定橋梁彈性工作性能是否滿足設(shè)計要求；橋梁是承受動荷載的結(jié)構(gòu)物，日常運營過程中我們不僅要研究結(jié)構(gòu)本身的動力性質(zhì)，還要研究車輛移動荷載引起的車致振動，橋梁結(jié)構(gòu)動力特性是橋梁固有特性，是由結(jié)構(gòu)形式、材料特性決定，與外荷載無關(guān)，本文介紹脈動試驗對該橋動力特征參數(shù)測試分析。

1.4撓度、應(yīng)變測點

應(yīng)變：在主梁控制截面1#、2#、 3#、4#、7#底板及腹板高度方向翼板每截面布置16個應(yīng)變測點，主塔5#截面布置12個應(yīng)變測點；撓度：①橫向：全橋共布設(shè)30個橫向撓度測點，分別布置1#、2#、3#、4#、7#截面，每截面設(shè)置6個撓度測點，②縱向主梁左右側(cè)各布置19個（共38個）撓度測點，縱橋向分別位于邊跨4等分點、中跨8等分點；塔頂偏位：在13#墩主塔頂安裝1個棱鏡，測試塔頂偏位；索力增量：每個工況選取2根索進行索力增量測試。見圖2。采用DT80G靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。

模態(tài)測試：根據(jù)環(huán)境隨機振動法，選取低頻特性好、靈敏度高的壓電式加速度傳感器，選擇合適參考點和測試點，避開橋梁墩頂，塔梁固結(jié)等節(jié)點位置，設(shè)置采樣頻率，采集時長，對信號進行濾波、放大，記錄，監(jiān)控，通過DHMA軟件進行數(shù)據(jù)后處理，得出每階的振型數(shù)據(jù)。全橋共布設(shè)24個豎向測點，9個橫向測點，6個縱向測點分別布設(shè)于護欄兩側(cè)及塔頂截面，以主梁7#、15～17#測點作為參考點，分2批次進行數(shù)據(jù)采集。

1.5靜載試驗結(jié)果

本次以工況4各控制截面應(yīng)變、撓度、塔頂偏位、裂縫監(jiān)測結(jié)果為例介紹。

（1）靜載主梁撓度結(jié)果。工況4滿載作用下，4#截面最大撓度測點4-1實測彈性撓度48.68 mm，遠小于橋規(guī)限值（168000/600=280.00 mm）；滿載時撓度校驗系數(shù)范圍0.84～0.91，滿足滿足規(guī)程 的規(guī)定常值范圍0.70 ～1.00，結(jié)果表明主梁剛度狀況良好，卸載后4 #截面各撓度測點相對殘余撓度介于9.8%～13.1%之間，均小于規(guī)程 規(guī)定的20%以內(nèi)，說明橋梁彈性工作狀態(tài)良好。

圖4、圖5表明橋梁橫向、縱向撓曲線與理論曲線變化規(guī)律基本一致，主要測點實測值小于計算值，說明結(jié)構(gòu)實際剛度大于理論剛度。

（2）應(yīng)變結(jié)果。工況4滿載作用下，4#、5#截面主要測點應(yīng)變校驗系數(shù)介于0.73～0.86之間，實測值均小于理論計算值，滿足規(guī)程（0.60～0.90）的常值范圍要求，表明4#、5#截面的強度滿足設(shè)計要求。

（3）索塔偏位。工況4各級荷載作用下，13號索塔塔頂最大縱橋向位移實測值為10.80mm，卸載后殘余位移0.70mm，計算值13.74mm，校驗系數(shù)為0.74，相對殘余系為6.5%，均滿足規(guī)程要求，表明13號索塔剛度符合設(shè)計要求。

（4）斜拉索索力測試結(jié)果。工況4滿載作用下2根控制索實測索力增量校驗系數(shù)0.86～0.91之間，實測值與理論計算值比較吻合，卸載后相對殘余介于6.5%～9.9%之間，也基本可恢復，說明結(jié)構(gòu)工作性能良好。

（5）裂縫監(jiān)測結(jié)果。試驗前和卸載后，對4#、5#截面附近進行檢查，未發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在裂縫和新增裂縫。

1.6動載試驗結(jié)果

對于按批次采集的隨機振動信號采用峰值法做模態(tài)參數(shù)識別，通過提取平均正則化的功率譜密度曲線上的峰值來確定特征頻率，拾取峰值即可簡單確定豎向自振頻率，統(tǒng)計各階特征值。

通過模態(tài)測試結(jié)果分析知自振頻率實測值大于理論值，表明橋梁結(jié)構(gòu)各自由度方向?qū)嶋H剛度均大于理論剛度；主梁1階橫彎頻率（1.159）6階出現(xiàn)在主塔縱彎及橫彎之后，主梁1階豎向扭轉(zhuǎn)頻率1.138 Hz（階數(shù)4）出現(xiàn)在主梁2階反對稱豎彎（階數(shù)3）后，主塔縱彎頻率0.446Hz（階數(shù)1）出現(xiàn)在主塔橫彎之前，說明主塔的橫向剛度大于縱向剛度。

2.試驗結(jié)論

在試驗荷載作用下，彈性應(yīng)變系數(shù)處于規(guī)程要求的常值范圍，且有一定富余，結(jié)構(gòu)強度符合設(shè)計要求；索塔縱向位移實測值、主梁橫向撓度及縱向撓度小于理論計算值，主塔主塔剛度滿足設(shè)計活載要求；測索力增量校驗系數(shù)滿足規(guī)程要求，卸載后相對殘余滿足規(guī)程不大于20%的要求，索結(jié)構(gòu)彈性工作性能良好，全過程未出現(xiàn)裂縫，抗裂滿足要求。

由橋梁特征值分析可知，該橋在各自由度方向整體剛度均較大，在運營過程中對車輛的沖擊效應(yīng)不敏感，具有良好的動力特性，主梁與主塔質(zhì)量分布和剛度分布與設(shè)計較為一致。

3.結(jié)語

一般情況下對于結(jié)構(gòu)復雜的斜拉橋交工時應(yīng)進行動靜載試驗評定其力學性能是否達到設(shè)計預期目標。

參考文獻：

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