摘要：為評(píng)定某T型剛構(gòu)橋的實(shí)際承載能力，檢驗(yàn)橋梁施工質(zhì)量，本文采用有限元方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，設(shè)計(jì)了加載方案，并通過現(xiàn)場靜、動(dòng)載試驗(yàn)的方式，利用加載車輛作用激發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和位移，獲取橋梁關(guān)鍵截面的應(yīng)變、撓度及加速度等實(shí)測數(shù)據(jù)，將實(shí)測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。分析結(jié)果表明：在靜荷載作用下，各工況撓度、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，相對(duì)殘余變形及應(yīng)變均不大于20%，實(shí)測基頻大于理論基頻，在動(dòng)荷載作用下，動(dòng)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)均大于規(guī)范允許值，沖擊系數(shù)較大，綜合評(píng)定該橋承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，但在運(yùn)營期間應(yīng)加強(qiáng)橋面養(yǎng)護(hù)，保持平整通暢。

關(guān)鍵詞：T型剛構(gòu)橋；荷載試驗(yàn)；承載能力；有限元分析

中圖分類號(hào)：U44""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

截至2022年底，我國已建成公路橋梁103.32萬座，總長度8576.49萬延米[1]。雖然公路橋梁建設(shè)的快速發(fā)展帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，但也有橋梁垮塌、損毀等質(zhì)量問題，為保證新建橋梁的施工質(zhì)量，最直接有效的手段是對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以檢驗(yàn)橋梁承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)加載方式，可將橋梁荷載試驗(yàn)分為靜載和動(dòng)載試驗(yàn)，靜載試驗(yàn)測得的橋梁關(guān)鍵截面應(yīng)力及撓度數(shù)據(jù)可反映橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等性能，動(dòng)載試驗(yàn)則可獲得橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和動(dòng)力響應(yīng)，包括移動(dòng)車輛或其他移動(dòng)荷載作用下橋梁指定截面上的動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度或者加速度等[2-3]。通過荷載試驗(yàn)，可對(duì)橋梁的整體質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定，全面掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能。

本文以某T型剛構(gòu)橋（100m+100m）為例，首先，采用大型通用有限元軟件Midas Civil建立有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，設(shè)計(jì)加載方案，其次，進(jìn)行現(xiàn)場荷載試驗(yàn)采集實(shí)測數(shù)據(jù)，最后，比較實(shí)測值與理論值，計(jì)算并考慮試驗(yàn)現(xiàn)象后進(jìn)行綜合分析，全面評(píng)估該橋梁結(jié)構(gòu)性能及使用功能是否滿足設(shè)計(jì)要求，為橋梁運(yùn)營的安全性提供技術(shù)依據(jù)，并為今后橋梁維護(hù)、管理提供原始資料。

1工程概況

試驗(yàn)橋例左、右幅孔跨布置均為（100+100）m預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)，左幅縱坡-1.5%，右幅縱坡-1.6%。測試主梁為單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁頂全寬16.75m，梁底寬8m，橋面橫坡單向2%，中支點(diǎn)截面梁高11.5m，邊支點(diǎn)截面及邊跨合龍段梁高均為4.0m，梁底線形按1.6次方拋物線漸變，中支點(diǎn)截面底板厚度為1.3m，漸變至邊跨合龍段0.32m，再從合龍段漸變至梁端0.7m。

下部結(jié)構(gòu)主墩采用雙肢薄壁墩，截面形式采用實(shí)心矩形，單肢尺寸為8.0m（橫橋向）×2.0m（順橋向），橋墩雙肢間凈距為3.0m，墩頂與主梁0#節(jié)段固接，墩底固結(jié)于承臺(tái)。過渡墩采用矩形實(shí)心墩，縱橋向?qū)?.5m，橫橋向?qū)?0.5m。主墩承臺(tái)采用14.0m×14.0m×5.0m矩形承臺(tái)，過渡墩承臺(tái)采用14.0m×7.0m×3.0m矩形承臺(tái)，主墩樁基均采用9根直徑為2.0m的樁基，過渡墩采用6根1.8m的樁基，主橋樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，現(xiàn)澆箱梁采用C55混凝土，主墩和過渡墩墩身采用C50混凝土，橋墩樁基、承臺(tái)采用C30混凝土，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。

2靜載試驗(yàn)

2.1理論計(jì)算

采用橋梁通用有限元軟件Midas Civil建立有限元模型，并分析結(jié)構(gòu)，全橋共劃分為112個(gè)節(jié)點(diǎn)，116個(gè)單元，箱梁材料采用C55，主墩采用C50，承臺(tái)采用C30，單元類型全部采用梁單元，主橋計(jì)算模型如圖1所示。在試驗(yàn)中，主跨車輛橫橋向按中載布置，通過有限元計(jì)算分析，確定正常使用極限狀態(tài)車輛荷載作用下的最不利斷面，當(dāng)本橋靜載試驗(yàn)時(shí)，選擇對(duì)應(yīng)的截面和測點(diǎn)進(jìn)行測試，圖2為主橋撓度測試截面圖。

2.2理論與實(shí)測數(shù)據(jù)分析

以左幅橋?yàn)槔?，試?yàn)加載分為第一跨最大正彎矩、墩頂最大負(fù)彎矩及第二跨最大正彎矩等3個(gè)工況，在對(duì)應(yīng)工況車輛分級(jí)加載及卸載作用下，主梁各測點(diǎn)的撓度實(shí)測值、計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)η見表1和表2，相應(yīng)的撓度曲線如圖3、圖4所示。

由表1和表2、圖3、圖4可知，在分級(jí)加載作用下，各測點(diǎn)實(shí)測撓度值均小于理論計(jì)算值，撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，表明結(jié)構(gòu)豎向剛度滿足設(shè)計(jì)及使用要求。同時(shí)在試驗(yàn)車輛卸載后，各測點(diǎn)的撓度殘余值均小于規(guī)范的允許值20%，表明結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀態(tài)。

主橋2號(hào)應(yīng)變測試截面距主墩右側(cè)1m，應(yīng)變測點(diǎn)按5等分點(diǎn)布置在箱梁截面右側(cè)腹板，1號(hào)、3號(hào)測試截面對(duì)稱布置在距主橋兩端29m處，應(yīng)變測點(diǎn)按5等分點(diǎn)布置在箱梁截面底板。本文提取左幅對(duì)應(yīng)工況下1號(hào)至3號(hào)截面應(yīng)變測試數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3～表5，相應(yīng)的應(yīng)變分布圖如圖5～圖7所示。

由表3～表5和圖5～圖7可知，在對(duì)應(yīng)工況車輛分級(jí)加載及卸載作用下，主梁截面各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變值均小于理論計(jì)算值，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)η均小于1.0，說明橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)及使用要求。同時(shí)試驗(yàn)車輛卸載后，各測點(diǎn)的殘余應(yīng)變與實(shí)測總應(yīng)變的比值均小于規(guī)范容許值的20%，表明結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀態(tài)。

3動(dòng)載試驗(yàn)

橋梁在車輛荷載作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊等動(dòng)力反應(yīng)，動(dòng)載試驗(yàn)可通過測試數(shù)據(jù)及波形分析，獲取橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，檢驗(yàn)橋梁在正常使用極限狀態(tài)下的實(shí)際承載能力，同時(shí)對(duì)橋梁的整體動(dòng)力性能進(jìn)行評(píng)定[4-6]。測試工況包括脈動(dòng)試驗(yàn)、行車試驗(yàn)及剎車試驗(yàn)等。

3.1脈動(dòng)試驗(yàn)

在橋面無行車及任何規(guī)則振源的情況下進(jìn)行試驗(yàn)，測試橋梁結(jié)構(gòu)的微小而不規(guī)則的振動(dòng)響應(yīng)，并進(jìn)行譜分析獲取橋梁結(jié)構(gòu)的基頻，分析結(jié)果見表6。

由表6可知，試驗(yàn)橋跨的基頻實(shí)測值大于理論計(jì)算值，表明所測結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于設(shè)計(jì)剛度，根據(jù)橋梁自振頻率評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，該橋左、右幅自振頻率評(píng)定標(biāo)度均評(píng)定為1。

3.2行車及剎車試驗(yàn)

行車及剎車試驗(yàn)是評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際荷載作用下動(dòng)力性能和安全性的重要方法。試驗(yàn)選取跨中附近正彎矩最不利截面，每個(gè)截面布置3個(gè)測點(diǎn)，在箱梁底板布置測點(diǎn)。行車試驗(yàn)采用1輛總重約400kN的加載車輛，分別以20km/h、30km/h、40km/h的速度通過橋梁，測試橋梁主體結(jié)構(gòu)在車輛移動(dòng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，剎車試驗(yàn)采用加載車分別以20km/h、30km/h的速度，在選取的跨中附近正彎矩最不利截面上進(jìn)行緊急剎車，測試主梁控制截面的動(dòng)應(yīng)變（應(yīng)力）及增量，以評(píng)估橋梁在車輛采取緊急制動(dòng)措施時(shí)的動(dòng)力性能。本文以左幅橋?yàn)槔?，提取試?yàn)橋跨動(dòng)應(yīng)變測試分析結(jié)果，見表7和表8。

由表7和表8可知，橋梁試驗(yàn)跨無障礙行車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為1.063，對(duì)應(yīng)動(dòng)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.063，剎車試驗(yàn)最大動(dòng)力系數(shù)為1.150，對(duì)應(yīng)動(dòng)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)為0.150，分析可知，本橋動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)均大于計(jì)算的規(guī)范允許值0.05（flt;1.5Hz），表明該橋沖擊系數(shù)較大，在后續(xù)運(yùn)營期間應(yīng)加強(qiáng)橋面監(jiān)控和養(yǎng)護(hù)，防止橋面出現(xiàn)破損，坑槽等病害。

4結(jié)論

在試驗(yàn)靜荷載作用下，該橋各測試截面主要測點(diǎn)的撓度校驗(yàn)系數(shù)和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，滿足《公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程》（JTG/TJ21—2011）[7]的相關(guān)要求，主要控制測點(diǎn)相對(duì)殘余撓度和相對(duì)殘余應(yīng)變不大于20%，表明該橋試驗(yàn)跨剛度、強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)和使用要求。在無任何交通荷載及橋址附近無規(guī)則振源情況下，橋梁左、右幅基頻實(shí)測值均大于理論計(jì)算值，自振頻率評(píng)定標(biāo)度均評(píng)定為1。在試驗(yàn)動(dòng)荷載作用下，該橋左、右幅動(dòng)態(tài)應(yīng)變?cè)隽肯禂?shù)均大于計(jì)算的規(guī)范允許值0.05，表明該橋沖擊系數(shù)較大，在運(yùn)營期間應(yīng)加強(qiáng)橋面監(jiān)控和養(yǎng)護(hù)。本文試驗(yàn)成果可為今后同類型橋梁的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]交通運(yùn)輸部.2022年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[N]. 中國交通報(bào)，2023-06-16（2）.

[2]楊正斌. 橋梁荷載試驗(yàn)車輛自動(dòng)化布載算法研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)，2016.

[3]楊美云. 橋梁荷載試驗(yàn)車輛自動(dòng)化布載研究[D]. 重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

[4]周海俊，吳永昌，譚也平，等. 橋梁荷載試驗(yàn)研究綜述[J]. 中外公路，2008，28（4）：164-166.

[5]馬國興. 公路橋梁檢測中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用技術(shù)初探[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（文摘版）工程技術(shù)，2023（12）：94-97.

[6]張軍輝. 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)梁橋荷載試驗(yàn)評(píng)定與研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

[7]交通運(yùn)輸部. 公路橋梁承載能力檢測評(píng)定規(guī)程：JTG/TJ21—2011[S]. 北京：人民交通出版社，2011.