摘 要：人行景觀橋安全與人民生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)，在其服役期間需要掌握其力學性能，評估其狀態(tài)，以保證橋梁結(jié)構(gòu)安全、可靠。橋梁動靜載試驗是對現(xiàn)役和新建橋梁結(jié)構(gòu)能力判定的一種試驗方法。本文結(jié)合某人行景觀橋受力特點，采用水箱注水靜載試驗和脈動試驗方法，分析該橋應變、振動頻率等參數(shù)，獲取其實際承載能力和運行使用狀況，確保人行橋服役時的安全性與穩(wěn)定性。對橋梁進行系統(tǒng)評估的同時，也可為該橋后續(xù)運營管理提供數(shù)據(jù)支持與合理方案。

關(guān)鍵詞：鋼桁架拱人行橋；靜載試驗；動載試驗

中圖分類號：U 448" " 文獻標志碼：A

人行景觀橋憑借造型優(yōu)美、受力合理等優(yōu)點，廣泛服務(wù)于文化公園景點。為保障人民生命財產(chǎn)安全，對景觀橋的力學性能研究具有重要意義。判定服役和新建橋梁結(jié)構(gòu)承載能力最有效的方法就是橋梁動靜載試驗[1]。根據(jù)現(xiàn)場工程條件，靜載試驗采用水箱注水方式進行等效加載，動載試驗采用脈動試驗方法，通過應變、撓度和振動頻率對該橋梁進行評估，驗證其安全性與穩(wěn)定性[2]，并為橋梁后續(xù)運營維護提供數(shù)據(jù)支持。某人行景觀橋上部構(gòu)造為單跨鋼桁架拱，橋面寬6m，橋面設(shè)計人群荷載為5kN/m2。

1 靜載試驗

橋梁靜載試驗是指通過試驗荷載在規(guī)定地點下對大橋結(jié)構(gòu)進行加載，測量結(jié)構(gòu)控制斷面的應力、撓度等技術(shù)參數(shù)[3]。進行靜載試驗前需要先通過有限元理論分析，并制定試驗加載計劃，測試后再將理論結(jié)果和靜載試驗結(jié)果加以比較，確定橋梁結(jié)構(gòu)的真實運行情況和設(shè)計目標能否匹配，從而評價結(jié)構(gòu)的施工效率、運行安全性等。這也是測試橋梁構(gòu)造安全性最直觀、合理的手段。

1.1 試驗跨測試截面的選取

為確保靜載試驗在具有針對性的情況下達到一定目的，選擇試驗跨的主要準則如下：為達到測試目的，通常選取在構(gòu)造中對承載力不利、施工質(zhì)量不好、結(jié)構(gòu)問題較多或病害比較嚴重、易于搭建的鋼管腳手架以及在設(shè)置測點或測試時易于加載的橋梁試驗跨結(jié)構(gòu)進行加載測試，以確定大橋的構(gòu)造特點。

根據(jù)上述靜載試驗的試驗跨選擇方法和橋現(xiàn)場的實際工況條件，本橋選取拱頂截面為測試截面。

1.2 測試方法與測點布置

根據(jù)測試內(nèi)容的需要，從試驗實際情況出發(fā)，選擇儀器儀表應滿足測試精度的要求，要求測試結(jié)果的極限相對誤差不超過5％。根據(jù)實際情況，采用既簡便易行、又符合要求的儀器儀表。本次試驗采用的測試儀器為DH3819靜態(tài)應變測試系統(tǒng)、DJCK-2裂縫綜合測試儀和GW-566-5W鋼卷尺。

主梁控制截面測試指標是混凝土表面應力（應變），在鋼桁架表面粘貼標距為30mm、阻值為120Ω的應變片。在各測試截面的每片桁片布置2個縱向應變測點，共8個測點，測點布置如圖1所示。

1.3 試驗儀器設(shè)備和試驗工況

為了滿足人們對橋梁結(jié)構(gòu)承受能力的需要，試驗負荷工況的選擇應當嚴格遵循橋梁結(jié)構(gòu)最不利承載力狀態(tài)的設(shè)計原理。根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/TJ21-01—2015）的規(guī)定并結(jié)合試驗橋梁結(jié)構(gòu)體系的具體情況來設(shè)置加載工況。根據(jù)本次工程特點，靜載試驗主要加載試驗工況為拱頂最大正彎矩工況。

控制截面在試驗荷載作用下的內(nèi)力計算值與按設(shè)計規(guī)范要求布置荷載作用下控制截面的內(nèi)力計算值的比值即是靜載試驗荷載效率ηq。

根據(jù)測試工況列出各控制截面變位或內(nèi)力的計算值和對應的靜載試驗效率系數(shù)ηq，計算可得設(shè)計人群荷載作用下跨中最大彎矩值為12.7kN·m，即S·（1+μ）（根據(jù)《城市橋梁檢測與評定技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T233—2015）的條文6.2.5），在跨中搭建水箱至拱頂水深為890mm，擬加荷載作用下跨中最大彎矩值為12.3kN·m，即Sstat，對應的靜載試驗效率系數(shù)ηq為96.8%。

根據(jù)現(xiàn)場條件，本次靜載試驗采用水箱進行等效加載。進行實際布載時，應控制水箱面積、水位高度來控制加載效率系數(shù)。景觀橋拱頂最大正彎矩工況的加載和卸載情況見表1。

在靜載試驗過程中，經(jīng)有限元計算的渡口景觀橋各工況下的主要控制截面的撓度和應變理論最大值見表2。

1.4 試驗程序

預加載。正式加載前，在搭建好的水箱中加入并放出水2次，每次加入跨中水深0.5m，對橋跨進行預壓，消除非彈性變形。預壓后，非工作人員退場，待一切工作安排就緒，進行第一次空載讀數(shù)。

試驗程序。測試主梁的恒載（靜止）變形初讀數(shù)→測試跨控制截面布載試驗→測試截面的應變及變形測試。

荷載分4級加載，2次卸載。每次加載或卸載的持續(xù)時間取決于結(jié)構(gòu)變位達到穩(wěn)定標準時所需時間。要求在前一荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位相對穩(wěn)定后，才能進入下一個荷載階段。同一級荷載內(nèi)，結(jié)構(gòu)在最后5min內(nèi)的變位增量小于前一個5min內(nèi)變位增量的15%，或小于所用量測儀器的最小分辨值，可認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定。

1.5 試驗終止條件

在靜載試驗過程中，試驗指揮人員應及時掌握各方面情況，對加載進行監(jiān)控。在試驗過程中發(fā)生下列3種情況時，應立刻停止加載并查找原因，在確保結(jié)構(gòu)和人員安全的情況下才能繼續(xù)試驗。1）控制測點實測應力已達到或超過計算的控制應力值時。2）結(jié)構(gòu)裂縫的長度或縫寬急劇增加，或新裂縫大量出現(xiàn)，或縫寬超過允許值的裂縫大量增多時。3）發(fā)生其他影響橋梁承載能力或正常使用的損壞時。

1.6 靜載試驗測試結(jié)果

1.6.1 應變測試結(jié)果

渡口景觀橋拱頂最大正彎矩應變測試結(jié)果見表3。靜載試驗中測試截面應變曲線圖如圖2所示，應變實測值與由設(shè)計規(guī)范算出的理論計算值對比如圖3所示。

通過靜載測試后，該橋的各測點應變校核系數(shù)均為0.58～0.83，相對殘余應變最大為0.13，符合規(guī)定中≤0.2的要求。表明在各種工況和試驗荷載的情況下，本橋控制斷面所有實測應力值均小于理論設(shè)計上限值，強度滿足理論設(shè)計規(guī)范要求，所有試驗結(jié)構(gòu)均超過理論設(shè)計的彈性工程要求。

1.6.2 靜載試驗測試結(jié)論

通過對該橋梁的靜載試驗結(jié)果進行分析，可得以下3個結(jié)論。1）在試驗荷載作用下，各工況應變校驗系數(shù)為0.58～0.83，＜1，表明所測結(jié)構(gòu)強度達到設(shè)計規(guī)范要求。2）在試驗荷載作用下，最大殘余變位為0.13，均滿足規(guī)定中≤0.2的要求，表明在試驗荷載的作用下構(gòu)件仍能維持彈性工作狀態(tài)。3）通過對該橋的實測撓度值與理論撓度值的橫向分布比較可知，實際橫向剛度和理論檢算基本吻合，表明該橋整體受力性能良好。

2 動載試驗

橋梁構(gòu)造是多個因素的復雜體系，當構(gòu)件的物理特征變化后（如開裂、尺寸改變和材料力學特性改變等），不僅靜力特征（形狀、應力和開裂等）發(fā)生變化，同時動力特征也有改變，該改變對現(xiàn)狀評價具有一定意義。通過動力負荷測試和系統(tǒng)固有模態(tài)參數(shù)的實橋測試，可以掌握橋跨構(gòu)件的動力特性及其各控制單元在使用負荷下的動力特性[4]，可為大橋后期的運行維護管理等工作提供必需的技術(shù)依據(jù)和資源。

2.1 動載試驗內(nèi)容和方法

本次動載試驗采用脈動試驗方法，試驗跨選取與靜載試驗一致。脈動試驗采用高靈敏度的拾振器和放大器測量結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵下的振動，并進行自譜分析，求解結(jié)構(gòu)自振特性[5]。在處理數(shù)據(jù)過程中，通過對拾振器拾取的響應信號進行譜分析，可確定橋梁的自振頻率、振型等動力性能參數(shù)。本次試驗采用的信號分析測試系統(tǒng)示意圖如圖4所示。在脈動試驗中，采用豎向拾振器采集豎向振動速度信號，脈動試驗拾振器布置在試驗拱頂截面位置處。

2.2 動載試驗結(jié)果

2.2.1 橋跨結(jié)構(gòu)振型計算

采用MidasCivil建立該人行橋有限元模型，計算橋跨結(jié)構(gòu)自振特性，其結(jié)果如圖5所示。該結(jié)果為有限元計算振型，為與脈動試驗實測結(jié)果做比較。

采用脈動激勵橋梁振動，將計算所得結(jié)構(gòu)的自振頻率與有限元結(jié)果進行比較。結(jié)構(gòu)自振特性實測結(jié)果匯總見表4。

2.2.2 動載試驗結(jié)論

采用脈動激勵橋梁振動，通過計算可得結(jié)構(gòu)的自振頻率。在理論可識別的范圍內(nèi)，該景觀橋跨中豎向一階頻率分別為5.957Hz，高于理論計算值4.278Hz；跨中豎向二階頻率分別為6.543Hz，高于理論計算值5.741Hz；跨中豎向三階頻率分別為7.617Hz，高于理論計算值7.049Hz。以上結(jié)果表明所測結(jié)構(gòu)實際剛度大于設(shè)計剛度。

3 結(jié)論

該橋梁動、靜載試驗分析和數(shù)據(jù)整理分析表明，該橋工作性能良好，承載力也符合設(shè)計規(guī)范，結(jié)構(gòu)可靠，使用期間可保障人民群眾安全。結(jié)合現(xiàn)場條件，采用水箱等效加載，能夠靈活控制加載效率系數(shù)，過程方便且安全、環(huán)保。

通過橋梁動、靜載試驗，可檢測橋梁的工作狀態(tài)和使用性能，系統(tǒng)性評估其施工質(zhì)量、設(shè)計質(zhì)量、承載能力和結(jié)構(gòu)剛度等，并可在橋梁后續(xù)使用中，為其運營管理提供數(shù)據(jù)支持與合理方案

參考文獻

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