无锡市开源大桥主桥静动载试验研究

汤丽立，韩荣刚

(1.无锡市政设施管理处，江苏无锡 214001;2.陕西高速集团西汉分公司，陕西西安 710064)

开源大桥位于无锡市学前西路，跨越京杭大运河城区段，桥梁全长682 m，桥宽38 m。其中主桥桥长195 m，跨径组成(50+95+50)m，采用梁拱组合体系，单片拱下承式结构。拱肋为钢结构，主梁为预应力混凝土连续箱梁。设计荷载城-A，设计车速50 km/h，按7度设防。开源大桥主桥概貌见图1。

图1 开源大桥主桥概貌

按照规范［1］要求，1～2年宜对Ⅰ类养护的城市桥梁结构定期检测。通过静动载试验检验该桥的承载能力和使用功能是否满足设计要求，了解该桥的运行状态，确保在受控状态下安全运行。

1 静载试验

桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力荷载作用下各控制断面的应力及结构变形，从而确定桥梁实际工作状态与设计期望值是否相符，它是检验桥梁性能及工作状态最直接、最有效的办法［2］。

1.1 试验原则

静载试验工况下所需加载车辆的数量和重量，将根据设计标准荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得

式中，η为静力试验荷载效率;Sstatic为试验荷载作用下，某工况最大计算效应值;Sdesign为设计标准活荷载(不计冲击作用时)产生的某试验工况的最不利计算效应值;(1+μ)为设计计算取用的冲击系数。

1.2 试验内容

本桥为梁拱组合体系，结构复杂，因此在进行静载试验时分别针对箱梁和主拱肋的不同截面设置不同的加载工况。因篇幅有限，只给出在对称加载下以下两个工况的详细分析。

工况Ⅰ——主桥箱梁中跨跨中截面弯矩和挠度;

工况Ⅱ——主拱肋L/2截面弯矩和挠度。测试截面布置见图2。

1.3 试验结果及数据分析

下面主要对主梁中跨跨中截面A应变较大的箱梁底部11～16号测点位置对应的数据进行分析;并对主拱肋跨中截面E水平方向两个截面上应变较大的1～6号测点位置对应的数据进行分析。详细数据见表1至表3。

通过荷载试验测得的中跨和主拱肋截面的部分测点的应变校验值，超出了文献［3］《公路桥梁承载能力检测评定规程(报批稿)》中预应力混凝土桥梁常用校验系数的上限值0.9，现场测得主要测点的挠度校验值虽然小于规范要求的上限值1，但是挠度校验系数值都比较接近上限值1。校验系数标明中跨主梁的承载能力较设计有所减弱，与现场检测时发现中跨腹板、横隔板和顶板出现了大量裂缝比较吻合。

现场中跨主要控制截面的最大残余变形为14%，主拱肋跨中截面的最大残余变形为6.1%，都满足文献［3］中控制截面残余变形小于20%的要求，标明主桥处于弹性工作状态。

图2 主桥桥跨测试截面布置(单位:cm)

表1 静载试验工况加载效率

表2 主桥跨中应变测试结果

表3 拱肋应变测试结果

现场测得在荷载作用下主梁的最大挠度为9.4 mm，拱肋的最大挠度4.9 mm;满足文献［3］中试验荷载作用下拱梁组合桥主梁和主拱肋最大挠度值(梁最大挠度值L/600=15.8 mm，拱最大挠度限制为L/800=11.9 mm)。

2 动载试验

动载试验是将动荷载作用在桥梁的指定位置，测定桥梁结构自振频率、阻尼比、冲击系数和动振幅等，研究桥梁结构本身的动力特性和由车辆移动荷载引起的车致振动问题，是了解桥梁实际工作状态和承载能力的直接手段［4-5］。

2.1 试验方案

动载试验分为两部分，即脉动试验和强迫振动试验。脉动试验是在桥梁布置传感器，测自振频率、阻尼比;强迫振动采用两辆30 t重车，分别以20 km/h，30 km/h和40 km/h往返通过桥梁，测出在跑车、刹车和跳车三种形态下的动挠度和冲击系数。

2.2 试验结果及数据分析

1)冲击系数

时速40 km/h的工况下，极大动挠度到达0.146 mm，冲击系数为1.086，见图3。

图3 时速40 km/h跑车动挠度时程曲线

由强迫振动试验跨中的动挠度曲线得到实测冲击系数最大为1.086，小于按规范计算的冲击系数1.092，满足要求。

2)结构整体刚度

结构整体刚度从实测桥跨的固有模态参数中振动频率方面予以比较，桥梁各阶段与相应计算值的比值均＞1.0，根据文献［3］关于实测自振频率评定桥梁技术状态的评断标准，桥梁上部结构处于较好状态。

3)阻尼比

现场测得的阻尼比均＞1%，根据文献［3］关于阻尼比值评定桥梁结构技术状态的评判标准，上部结构处于带裂缝工作状态，与现场检测的实际情况相符。

4)实测动振幅

现场测得的中跨跨中在跳车时的最大振幅为0.316 mm，小于文献［3］中跨度为30～125 m的组合梁允许振幅标准值2.0～3.0 mm的规定。

3 结语

1)在静载试验荷载作用下，主梁跨中实测最大挠度和拱肋实测最大挠度均小于最大挠度限值，且小于挠度计算值，挠度校验系数＜1.0，但较接近上限值1.0，与现场检测时发现中跨腹板、横隔板和顶板出现了大量裂缝比较吻合。卸载后，结构残余变形较小，基本处于弹性工作状态。

2)在动载试验荷载作用下，实测各阶频率与相应计算值的比值均＞1.0，桥梁上部结构处于较好状态。实测桥梁冲击系数小于理论计算值，各工况下实测桥梁最大振幅为0.316，均满足文献［3］中相关规定。总体上开源大桥强度、刚度和动力性能均满足设计要求，结构安全。

［1］ 中华人民共和国行业标准．CJJ99—2003 J281—2003 城市桥梁养护技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2003．

［2］ 胡大琳．桥梁工程试验检测技术［M］．北京:人民交通出版社，2000．

［3］ 中华人民共和国交通运输部．JTG/T J21—2011 公路桥梁承载能力检测评定规程［S］．北京:人民交通出版社，2011．

［4］ 吴浪辉，马保松，杨永贵．武汉白沙洲高架桥静动载试验研究［J］．铁道建筑，2009(12):15-17．

［5］ 冯星，孙常新．马底驿Ⅱ号大桥动静载试验测试与分析［J］．铁道建筑，2010(8):24-26．