朱強(qiáng)

（杭州市交通工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，交通量及車輛載重的不斷提高，老舊橋梁的承載能力能否滿足現(xiàn)行交通量的需求，最直接有效的方法對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，通過(guò)荷載試驗(yàn)判斷橋梁承載能力，但在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)荷載試驗(yàn)的要點(diǎn)控制，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，從而保證橋梁正常安全使用。

1 工程概況

某高架橋中心樁號(hào)為K1 ＋244.15，橋梁全長(zhǎng)1235.6m，跨徑組合為（22m ＋33m ＋2×30m）＋（4×31.825m）＋（30m ＋50m ＋30m）＋（4×30m）＋（4×30m）＋（3×30m）＋（85m ＋120m ＋85m）＋（30m ＋30m ＋50m ＋30m）＋（4×30m）。除第3 聯(lián)、第7 聯(lián)為預(yù)應(yīng)力變截面箱梁外，其余均為預(yù)應(yīng)力等截面箱梁。第7 聯(lián)跨徑布置為85m ＋120m ＋85m，上部結(jié)構(gòu)主梁為單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁，梁高及底板尺寸以1.8 次拋物線變化，右偏角90°。下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；橋面鋪裝采用9cm 厚瀝青混凝土＋防水層＋10cm 厚C50 水泥混凝土。兩側(cè)以及中間設(shè)置混凝土護(hù)欄。橋面寬度為單幅橋?qū)?.5m護(hù)欄＋1.5m 硬路肩＋3.75m 輔助車道＋2×3.75m 行車道＋0.75m 路緣帶＋0.75m 中央分隔帶＝14.75m；設(shè)計(jì)車道為雙向六車道；設(shè)計(jì)荷載為公路-I 級(jí)。

2 靜載試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)跨選擇

對(duì)擬試驗(yàn)跨進(jìn)行外觀檢查，選擇具有代表性、跨徑較大或最大、技術(shù)狀況最差的橋跨作為荷載試驗(yàn)跨，同時(shí)試驗(yàn)跨應(yīng)方便架設(shè)檢測(cè)平臺(tái)、設(shè)置測(cè)點(diǎn)、實(shí)施加載、方便采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。該橋測(cè)試選擇了最大跨徑為（85m+120m+85m）的橋跨作為荷載試驗(yàn)跨。

2.2 試驗(yàn)工況及測(cè)試截面的選擇

利用橋梁空間分析程序MIDAS/CIVIL 進(jìn)行建模分析，確定試驗(yàn)橋跨的彎矩包絡(luò)圖、位移包絡(luò)圖，根據(jù)包絡(luò)圖確定最不利受力截面，然后確定相應(yīng)的荷載試驗(yàn)工況。該橋荷載試驗(yàn)確定了6 個(gè)控制截面，10 個(gè)工況。橋梁分析計(jì)算模型見(jiàn)圖1，主梁試驗(yàn)控制截面見(jiàn)圖2，各試驗(yàn)項(xiàng)目的理論控制值和試驗(yàn)效率見(jiàn)表1。

表1 橋梁各試驗(yàn)項(xiàng)目的理論控制值和試驗(yàn)效率

圖1 橋梁分析計(jì)算模型

圖2 主梁試驗(yàn)控制截面示意圖（單位：cm）

工況1（Ⅰ-Ⅰ截面）：邊跨四分點(diǎn)最大正彎矩偏載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況2（Ⅰ-Ⅰ截面）：邊跨四分點(diǎn)最大正彎矩作用中載下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況3（Ⅱ-Ⅱ截面）：邊跨0.42L 最大正彎矩偏載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況4（Ⅱ-Ⅱ截面）：邊跨0.42L 最大正彎矩作用中載下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況5（Ⅲ-Ⅲ截面）：中支點(diǎn)最大負(fù)彎矩中載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）；

工況6（Ⅳ-Ⅳ截面）：中跨四分點(diǎn)最大正彎矩偏載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況7（Ⅳ-Ⅳ截面）：中跨四分點(diǎn)最大正彎矩作用中載下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況8（Ⅴ-Ⅴ截面）：中跨跨中最大正彎矩偏載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況9（Ⅴ-Ⅴ截面）：中跨跨中最大正彎矩作用中載下的應(yīng)變（應(yīng)力）和撓度；

工況10（Ⅵ-Ⅵ截面）：邊支點(diǎn)最大剪力中載作用下的應(yīng)變（應(yīng)力）。

2.3 測(cè)點(diǎn)布置

第一，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)具有代表性，其布置應(yīng)能夠真實(shí)地反映橋梁結(jié)構(gòu)最不利的受力特征，并在滿足結(jié)構(gòu)分析的同時(shí)，方便計(jì)算；第二，測(cè)點(diǎn)布置要有針對(duì)性，以滿足試驗(yàn)要求，同時(shí)還要通過(guò)測(cè)點(diǎn)的布置突出現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作的重點(diǎn)，如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁正彎矩區(qū)底板必須布設(shè)測(cè)點(diǎn)，負(fù)彎矩區(qū)頂板必須布置測(cè)點(diǎn)；第三，為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，控制截面的測(cè)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)足夠多，以免測(cè)點(diǎn)遭到破壞或者失效，同時(shí)測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)便于安裝儀器及采集數(shù)據(jù)，以保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作的安全開(kāi)展；第四，剪力測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿左右腹板布設(shè)，撓度測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在縱橋向彎矩包絡(luò)圖確定的控制截面處，此外，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橫橋向測(cè)點(diǎn)布設(shè)不得少于3 個(gè)，且測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿軸線對(duì)稱布設(shè)；第五，編寫檢測(cè)方案時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)注應(yīng)變、位移測(cè)點(diǎn)位置，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施；第六，位移測(cè)點(diǎn)分別布置在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ截面時(shí)，每個(gè)截面底板應(yīng)布置5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，Ⅲ-Ⅲ、Ⅵ-Ⅵ截面作為支點(diǎn)沉降修正，每個(gè)截面布置2 個(gè)測(cè)點(diǎn)；應(yīng)變測(cè)點(diǎn)分別布置在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ截面時(shí)，每個(gè)截面箱室外底板應(yīng)布置7 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，箱室外左右腹板各布置2 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，箱室內(nèi)每個(gè)箱室頂板布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)；Ⅵ-Ⅵ截面，左右腹板分別布置一組剪力測(cè)點(diǎn)[1]。

2.4 應(yīng)變傳感器和位移傳感器的選擇

目前應(yīng)變的測(cè)試方法主要有電阻式和振弦式兩種，電阻式應(yīng)變片價(jià)格相對(duì)便宜，精度高，現(xiàn)場(chǎng)能通過(guò)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，但是對(duì)貼片質(zhì)量要求很高，如果應(yīng)變片現(xiàn)場(chǎng)粘貼不好，數(shù)據(jù)會(huì)失真。振弦式傳感器是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上安裝底座以實(shí)現(xiàn)協(xié)同變形，振弦式傳感器抗干擾能力強(qiáng)，安裝和數(shù)據(jù)采集較方便，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好。因此，該應(yīng)變測(cè)量采用振弦式應(yīng)變傳感器。同時(shí)，位移測(cè)試時(shí)可選擇百分表、千分表、精密水準(zhǔn)儀、高精度全站儀等設(shè)備，其中百分表、千分表適合方便搭設(shè)支架、凈空不高且撓度理論值小于5mm時(shí)的橋梁；精密水準(zhǔn)儀操作簡(jiǎn)單，能夠自動(dòng)觀測(cè)和記錄，適用中小跨徑的橋梁位移測(cè)量；高精度全站儀測(cè)量精度高，能夠360°自尋目標(biāo)、自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)量，測(cè)試效率高，檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳至電腦，且跨徑越大，高精度全站儀優(yōu)勢(shì)越明顯，其能夠更好地保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)條件選擇最有效的檢測(cè)方法，為此該位移測(cè)量選擇高精度全站儀。

2.5 靜載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

工況1：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.59～0.70之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為10%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.46～0.54 之間，相對(duì)殘余變位最大值為10.2%，小于20%。

工況2：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.57～0.70之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為11.7%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)位于0.57～0.69 之間，相對(duì)殘余變位最大值為3.1%，小于20%。

工況3：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.63～0.71之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為10.0%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.56～0.61 之間，相對(duì)殘余變位最大值為8.8%，小于20%。

工況4：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.60～0.75之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為11.1%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.68～0.77 之間，相對(duì)殘余變位最大值為5.8%，小于20%。

工況5：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.45～0.77之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為16.7%，小于20%。

工況6：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.63～0.76之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為18.2%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.51～0.66 之間，相對(duì)殘余變位最大值為8.8%，小于20%。

工況7：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.43～0.67之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為18.8%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.69～0.75 之間，相對(duì)殘余變位最大值為3.5%，小于20%。

工況8：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.66～0.76之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為12.1%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.39～0.48 之間，相對(duì)殘余變位最大值為7.4%，小于20%。

工況9：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.69～0.75之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為15.4%，小于20%，主要撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.50～0.54 之間，相對(duì)殘余變位最大值為5.9%，小于20%。

工況10：主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)介于0.55～0.75之間，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為10.2%，小于20%，

由上可知，主要應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.77，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為18.8%，撓度測(cè)點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)最大值為0.77，相對(duì)殘余變位應(yīng)變最大值為10.2%；符合《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）中校驗(yàn)系數(shù)小于1，相對(duì)殘余小于20%的規(guī)定，表明試驗(yàn)跨在設(shè)計(jì)荷載（公路-I 級(jí)）作用下，處于彈性工作狀態(tài)，其剛度和強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容

橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（振型、頻率、阻尼比、沖擊系數(shù)）是橋梁承載力評(píng)定的重要參數(shù)，同時(shí)也是識(shí)別橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和橋梁抗震分析的重要參數(shù)。該測(cè)試中橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)主要有：結(jié)構(gòu)振型、基頻、阻尼比、沖擊系數(shù)等。

3.1 自振特性

橋梁自振頻率、振型、阻尼比測(cè)試時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備選用DH5907N 無(wú)線橋梁模態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)（東華測(cè)試）。模態(tài)測(cè)試縱向共布置13 個(gè)測(cè)點(diǎn)，邊跨按4 分點(diǎn)進(jìn)行布置，中跨按8 分點(diǎn)進(jìn)行布置，橫橋向位于中心線上，傳感器采用豎向加速度/速度傳感器。動(dòng)載試驗(yàn)理論計(jì)算模型采用靜載試驗(yàn)建立的計(jì)算模型。通過(guò)計(jì)算，該橋理論計(jì)算的一階豎向振動(dòng)頻率f=0.823Hz，實(shí)測(cè)一階豎向振動(dòng)頻率f=1.123Hz，阻尼比為0.754%。由此可見(jiàn)，試驗(yàn)跨的實(shí)測(cè)振動(dòng)頻率值較理論計(jì)算值高，表明實(shí)測(cè)結(jié)果反映的結(jié)構(gòu)豎向剛度比理論計(jì)算反映的結(jié)構(gòu)剛度大，因此試驗(yàn)跨整體剛度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且試驗(yàn)跨結(jié)構(gòu)的阻尼比處于正常范圍。實(shí)測(cè)第一階豎向振型見(jiàn)圖3。

圖3 實(shí)測(cè)第一階豎向振型圖

3.2 沖擊系數(shù)

橋梁動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)包括無(wú)障礙跑車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)、剎車試驗(yàn)；無(wú)障礙跑車試驗(yàn)車速宜保持在5～80km/h，跑車時(shí)車速應(yīng)保持勻速。跳車試驗(yàn)時(shí)弓形障礙物布置在結(jié)構(gòu)變位最大的部位，速度宜保持在5～20km/h；剎車試驗(yàn)時(shí)，速度宜保持在30～50km/h；跑車試驗(yàn)時(shí)速度的選擇應(yīng)考慮設(shè)計(jì)車速、橋面寬度、橋面坡度等諸多因素。此外，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)情況來(lái)確定需要幾輛加載車，當(dāng)單輛車的動(dòng)力響應(yīng)不明顯時(shí)，需要增加到兩輛或多輛，車輛應(yīng)橫向并排同時(shí)跑車，在跑車過(guò)程中，要保證車輛的橫向間距不變。在測(cè)試橋梁沖擊系數(shù)時(shí)，控制截面應(yīng)選取橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)幅值最大的截面。采用動(dòng)撓度測(cè)試時(shí)，每個(gè)截面測(cè)點(diǎn)不應(yīng)少于1 個(gè)，采用動(dòng)應(yīng)變測(cè)試時(shí)，每個(gè)截面測(cè)點(diǎn)數(shù)不宜少于2 個(gè)，對(duì)于每個(gè)車速工況而言，通常需要進(jìn)行2～3 次重復(fù)試驗(yàn)。

試驗(yàn)設(shè)備選用北京光電撓度儀（BJQN-5B），采用載重汽車在不同車速時(shí)的跑車試驗(yàn)，并對(duì)無(wú)障礙行車試驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)撓度數(shù)據(jù)采集。跑車試驗(yàn)中，車輛速度定為20km/h、30km/h、40km/h，沖擊系數(shù)分別為0.012、0.016、0.031，小于規(guī)范計(jì)算值0.05[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)將上述測(cè)試結(jié)果與《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中的等效設(shè)計(jì)荷載（公路-I 級(jí)）對(duì)比可知，該高架橋第7 聯(lián)的強(qiáng)度、剛度均滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。橋梁荷載試驗(yàn)是確定橋梁承載能力最有效、最直接的方法，其能夠直接反映出橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，從而為橋梁的維修和養(yǎng)護(hù)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此，在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。希望通過(guò)預(yù)應(yīng)力混凝土變截面箱梁荷載試驗(yàn)，能為同類型橋梁荷載試驗(yàn)提供參考依據(jù)，進(jìn)而保障橋梁工程的安全運(yùn)營(yíng)。