举水河大桥桥梁荷载试验分析

摘要：为了了解举水河大桥实际承载能力是否满足设计要求 ，保证桥梁正常安全使用，针对举水河大桥上部构造进行了静动载试验。本文阐述了试验实施过程及所取得效果。

关键词：桥梁；现场荷载试验；静载；动载

中图分类号：U448文献标识码： A

0 前言

静载试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种鉴定手段。静载试验是量测桥梁在各种静力荷载工况下的各个控制截面的应力应变以及结构的变形，从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符，它是检验结构强度、刚度以及其他性能最直接、最有效的方法[1]。动载试验是利用某种激振方法激起桥梁结构的振动，然后测定其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数等参数，从而判断桥梁结构的整体刚度、行车性能。动载试验往往是结合静载试验使用，并通过荷载试验建立桥梁初始技术档案[2]。

1工程概况

举水河大桥是改建工程黄冈市江北一级公路上的一座大桥，连接黄冈市江北一级公路和武汉市阳（逻）大（埠）线。这两条路均为已建成通车的整体式路基的一级公路，路基宽25.5m。

举水河老桥为1995年11月建成通车的，桥全长864.72米，桥宽为净-9+2×1.5米人行道；上构为（22×20m钢筋砼T梁+3×40m预应力砼T梁+15×20m钢筋砼T梁）简支结构，桥跨全长860米。下构为双柱式墩双排桩基础、肋板式台双排桩基础；设计荷载汽车-20级，挂车-100级，人群3.5kN/m2。

2检测内容

本次试验从40m跨中选取病害最严重的一跨进行荷载试验。

静载试验的项目为[3]：

（1）中跨跨中最大正弯矩截面(A截面)的应变和中跨跨中挠度；

（2）边跨1/4L处最大正弯矩截面(B截面)的应变和边跨跨中挠度；

（3）支点附近最大负弯矩截面(C截面)的应变。

本文主要对A截面试验工况内容予以分析。

试验控制截面见图1所示。

图1试验控制截面示意图

动载试验的项目为[4]：

（1）脉动试验：使用高灵敏度的传感器和放大器，测量外界各种因素所引起的桥梁微小且不规则的振动，然后进行谱分析，最终得到桥梁结构的模态参数和结构振型；

（2）跑车试验：用两辆重载汽车分别以20km/h、30km/h、40km/h的速度往返匀速通过桥跨结构，以测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应；

（3）跳车试验：在桥跨结构中跨跨中桥面设置高度10cm的三角形垫木，使重载汽车后轴置于其上，然后突然下落，测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应；

（4）刹车试验：用一辆重载汽车在跨中突然刹车，测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应。在该跨中处放置一个水平拾振器，设水平振动测点1个。

3静载试验

3.1静载试验检测内容

根据现场实际情况，选取病害最严重一跨进行荷载试验，共设6个试验工况，其中涉及A截面的工况1、工况2进行分析。

表1静载工况一览表

静载工况 控制项目 加载

车数 效率系数 加载

方式 备注

1 A截面最大正弯矩 4 0.958 对称

2 A截面最大正弯矩 4 0.958 偏载 向中央分隔带侧偏载

注：弯矩单位：kN.m，剪力单位：kN

3.2静载试验测点布置

（1）主梁挠度测点布置

试验时，测试A的竖向挠度，每片主梁各设1个挠度测点，布置在马蹄底中间位置，分别测试每片梁的竖向挠度。

（2）主梁应变测点布置

试验时，测试T梁应变，具体布置图见图2～3所示。电阻应变测量采用网络式DH3815N等静态数据自动采集仪进行采集。

图2A截面应变测点布置图

3.3静载试验结果及分析

为了得到精确可靠的数据，试验前对所有仪器进行了检定。试验前进行了预演和温漂试验，及时更正了不良测点。每个工况的最大温差不超过1℃。试验完成后，根据导线电阻和应变片电阻，对每个应变值逐一校正。（因篇幅原因，本文仅提供部分截面数值，下同）

（1）挠度分析

40m跨径T梁各挠度测点的挠度值列于表2～表3，其中挠度以向上为“-”，向下为“+”。

表2 工况1、工况2作用下A截面各测点挠度值（单位:mm）

挠度值

测点 工况1 工况2

实测值 理论值 校验系数 实测值 理论值 校验系数

1 5.59 7.99 0.70 9.46 13.34 0.71

2 6.01 8.04 0.75 8.33 10.70 0.78

3 5.30 8.05 0.66 5.39 8.04 0.67

4 6.29 8.04 0.78 3.93 5.36 0.73

5 6.16 7.99 0.77 1.58 2.66 0.59

由上表可知，40m跨T梁在各静力工况下实测挠度小于其相应理论值，挠度的校验系数均小于1.05，说明该结构刚度满足设计荷载要求。全部荷载卸除后，结构残余值较小，最大残余值与总变形的比值小于20%，满足规范要求，结构处于弹性工作状态。

（2）应变分析

40m跨径T梁应变测试结果于表5～表6，表中“+”表示拉应变, “-”表示压应变。残余值见表7所示

表3 工况1、工况2作用下A截面各测点应变值（με）

应变值

测点 工况1 工况2

实测应变 理论应变 校验系数 实测应变 理论应变 校验系数

1-1 90 100 0.90 150 166 0.90

1-2 23 72 0.31 36 120 0.30

1-3 -9 -23 0.39 -17 -38 0.44

1-4 -15 -29 0.52 -29 -48 0.60

2-1 87 100 0.87 106 133 0.79

2-2 25 72 0.34 33 96 0.34

2-3 -14 -23 0.61 -18 -31 0.59

2-4 -10 -29 0.35 -12 -39 0.31

3-1 99 100 0.99 81 100 0.81

3-2 23 72 0.31 25 72 0.34

3-3 -8 -23 0.35 -12 -23 0.52

3-4 -8 -29 0.28 -10 -29 0.34

4-1 89 100 0.89 43 67 0.64

4-2 18 72 0.25 11 48 0.23

4-3 -7 -23 0.30 -9 -15 0.59

4-4 -10 -29 0.35 -9 -19 0.47

5-1 77 100 0.77 11 33 0.33

5-2 26 72 0.36 7 24 0.29

5-3 -15 -23 0.65 -3 -8 0.39

5-4 -19 -29 0.66 -7 -10 0.70

由以上图表可知：

1)各工况下主梁控制应变的结构校验系数均不大于1.05，说明结构抗弯刚度满足设计要求。

2)各工况下，卸载后的残余应变与量测的总应变的比值小于20%，满足规范要求。说明结构受力状态处于线弹性工作范围。

4动载试验

4.1动载试验检测内容

本桥动载试验拟通过脉动试验、跑车试验、跳车试验和刹车试验测定桥梁作为一个整体结构在动力荷载作用下的结构振动特性，以评价大桥的动力响应，分析结构有无较重大缺陷。

4.2动载试验检测方法

试验时，桥上的振动信号由布设的加速度传感器予以测量，通过导线连接，将振动信号经过滤波器、放大器和积分器送至数据采集器，并由计算机进行数据采集和记录，然后再通过专用分析软件进行分析，得到桥梁的振动频率及振幅。

4.3动载试验结果及分析

脉动试验：T梁实测一阶基频为3.662Hz，大于理论计算值3.290Hz；说明桥梁的动刚度满足设计要求。实测振动结果如下图4所示。

图4T梁实测基频图

跨中跳车速度典型时程曲线见下图5

图540mT梁跳车速度时程曲线

在跑车荷载作用下，实测桥梁的冲击系数较小。在跑车、跳车、刹车荷载作用下，试验桥跨无异常反应。跳车使桥梁产生的振幅最大，故桥梁在运营期间，应保证桥面铺装平整。

5 结论

结合举水河大桥静载和动载试验检测结果表明：

（1）各工况下，所测得的结构各控制截面的测点位移、应变的结构校验系数均小于1.05。桥梁刚度满足设计和使用要求。

（2）各工况下，全部荷载卸除后，残余变形与量测的总变形的比值小于20%，结构处于弹性工作状态。

（3）实测最大横向分布系数接近理论计算值，说明该桥的横向联系较好。

（4）工况6作用下，22#墩无沉降。

（5）各个工况作用下，梁体无裂缝产生。

（6）实测一阶基频大于理论值，表明桥梁的整体动刚度满足设计要求。

（7）在跑车荷载作用下，实测桥梁的冲击系数较小。

（8）在跑车、跳车、刹车荷载作用下，试验桥跨无异常反应。跳车使桥梁产生的振幅最大，故桥梁在运营期间，应保证桥面铺装平整。

综上所述，该桥试验跨40mT梁承载能力满足设计要求。

参考文献（References）

（1）李国豪.桥梁结构稳定与振动.中国铁道出版社,1992,256-321.

（2）大跨径混凝土桥梁的试验方法(1982) .

（3）范立础.桥梁工程.北京:人民交通出版社,1983,1-86.

（4）公路桥梁承载能力检测评定规程(JTG/T J21-2011).