多跨连续刚构桥的荷载试验研究

谢勇 王华

摘 要：连续刚构施工便利，造价较低且适应山区地形特点，因此被广泛应用于山区高等级公路桥梁中。遇到山区常见的“U”、“V”状峽谷地形，常采用3跨连续刚构。本文对一座5跨连续刚构桥进行了结构理论计算和动静载试验，评价大桥在设计使用荷载下的结构性能，为山区多跨连续刚构桥型的试验检测提供参考。

关键词：山区，多跨连续刚构，荷载试验

中图分类号： S773.4 文献标识码：A

连续刚构桥采用悬臂法施工，对机具、场地及运输条件的要求低，在山高坡陡、施工场地狭窄的山区，具有很强的适应性。一般山区常采用3跨连续刚构的桥型，对于多跨连续刚构则较少开展。本文对一座5跨连续刚构进行了结构理论计算和动静载试验，对进一步完善多跨连续刚构的试验检测方法和承载能力的评定提供参考。

1、工程概述

乌江特大桥主桥上部结构为108+3×200+108m预应力混凝土连续刚构，桥位路线在距思南县城下游约2.5km处跨越乌江，乌江水域在此宽度为270米，测时水深5米左右，水流较缓。下部主墩为双薄壁空心墩、分隔墩为单薄壁空心墩，采用桩基础，主桥桥墩采用C40混凝土。上部为分离式桥梁，分左右两幅，箱梁构造采用C55混凝土，采用变截面单箱单室断面。

2、静载试验

2.1 方案选择

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21-2011里的相关规定，“对于多跨或多孔桥梁，应根据桥梁技术状况检查评定情况，选择具有代表性的或最不利的桥跨进行承载能力检测评定。”本次检测桥梁为新建分离式左右两幅结构，且为5跨对称结构，经与业主协商，各选择左、右幅第11、12跨为试验桥跨。

2.2 试验内容

测试相应加载工况下试验加载截面控制部位的应变（应力），以判断该桥梁结构强度是否到达验算荷载要求；

测试各加载工况下桥跨挠度分布，以判断该桥梁结构刚度是否达到验算荷载要求。

2.3 测试截面及测点布置

桥面挠度测试截面：在桥面上设8个挠度测试截面，采用精密光学水准仪进行测试，测点布置详见图1。应力（应变）测试截面：共设4个应力测试截面，在箱梁内部底板打磨，每个测区贴2片应变片，保证数据的可靠性，采用扬州晶明JM3812进行测试，详见图2。

图1挠度测试截面布置图（单位：cm） 图2应力测试截面布置图(单位：cm)

2.4 试验荷载

结构计算中按公路I级最不利布载，取控制截面最大弯矩作为试验加载截面的控制值。各试验加载截面的控制内力见表1：

表1静力试验荷载效率

工况

序号 工况内容 用车量

（台） 控制部位 设计控制值

（kN•m） 试验计算值

（kN•m） 荷载效率

1 边跨最大正弯矩 6 J1截面 34098.70 32402.77 0.95

2 墩顶最大负弯矩 10 J2截面 -133303.80 -113402.47 0.85

1/4最大负弯矩 10 J3截面 -32814.40 -30907.60 0.94

中跨最大正弯矩 10 J4截面 35914.50 37764.99 1.05

2.5 试验工况

共进行2种情况的加载试验，即2个加载工况，具体如下：

工况1：J1M+偏载作用下应变和挠度测试；工况2：J2M-、J3M-、J4M+偏载作用下应变和挠度测试。

2.6 试验结果

（1）应力

在试验荷载作用下，测试截面的实测应力及与计算应力的比较见表2～表3。

表2 试验荷载作用下左幅桥实测应力与计算应力对比表

试验工况 测试截面 弹性应力（MPa） 计算值

（MPa） 校验系数η（／）

工况1 J1下缘测点 0.83 1.77 0.47

工况2 J2上缘测点 0.57 1.06 0.54

J3上缘测点 0.32 0.78 0.41

J4下缘测点 1.26 3.05 0.41

表3 试验荷载作用下右幅桥实测应力与计算应力对比表

试验工况 测试截面 弹性应力（MPa） 计算值

（MPa） 校验系数η（／）

工况1 J1下缘测点 0.86 1.77 0.49

工况2 J2上缘测点 0.36 1.06 0.34

J3上缘测点 0.36 0.78 0.46

J4下缘测点 1.60 3.05 0.52

从表2～表3可以看出：测试截面的实测应力均小于理论计算值，桥跨结构强度足要求。

（2）挠度

各工况试验荷载作用下，左幅桥挠度测试截面的实测值及与计算值的比较曲线见图3~图4。

图3 左幅桥工况1挠度曲线图4 左幅桥工况2挠度曲线

左幅桥实测值与理论计算值的线性相关曲线见图5~6。

图5 左幅桥工况1 J1截面F2挠度线性相关曲线 图6左幅桥工况2 J4截面F6挠度线性相关曲线

各工况试验荷载作用下，右幅桥挠度测试截面的实测值及与计算值的比较曲线见图3~图4。

图7 右幅桥工况1挠度曲线图8 右幅桥工况2挠度曲线

右幅桥各截面的实测值与理论计算值的线形相关曲线见图5~8。

图9 右幅桥工况1 J1截面F2挠度线性相关曲线 图10 右幅桥工况2 J4截面F6挠度线性相关曲线

从图3～图10可以看出：试验加载下，实测挠度小于理论计算挠度，线性相关系数在0.95以上，卸载后挠度回复正常，表明在试验荷载下，试验桥跨结构刚度满足要求。

（3）裂缝检查

在各工况满载情况下，在箱梁内部对各控制截面仔细观察，未发现表面可见裂缝。

3、动力荷载试验

3.1 试验内容

动载试验主要针对大桥第11跨进行，包括以下内容：桥跨结构自振特性、J4截面行车动力响应试验。

3.2 测点布置

在中跨跨中截面布置竖向加速度测点和纵向动应变。

3.3 理论振型

采用有限元软件MIDAS/CIVIL2011计算桥跨结构自振特性，其结果见图11。

图11 一阶竖向弯曲计算振型（f1=0.687Hz）

3.4 实测

大桥动态测试采用扬州晶明JM3844进行，实测左、右幅一阶基频为1.000，理论计算一阶基频为0.687，实测值大于理论计算值。

汽车以10km/h～50km/h的速度进行跑车试验，得出测试截面最大动应变和冲击系数如表4～表5所示。

表4左幅桥动应变和冲击系数分析表

工况

项目

测试参数 无障碍行车试验

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大动应变 4.354 4.684 4.559 4.244 4.610

冲击系数 1.078 1.078 1.074 1.066 1.032

表5右幅桥动应变和冲击系数分析表

工况

项目

测试参数 无障碍行车试验

10km/h 20km/h 30km/h 40km/h 50km/h

最大动应变 4.068 4.275 4.822 4.673 4.976

冲击系数 1.025 1.041 1.050 1.025 1.034

通过表4～表5看出：左幅桥无障碍行车试验的冲击系数介于1.032~1.078之间，右幅桥无障碍行车试验的冲击系数介于1.025~1.050之间，表明大桥桥面较平整，跑车引起的冲击较小。

4、结语

通过静载试验可知：桥梁结构实测应力均小于计算值，实测挠度小于计算挠度，卸载后上挠度回复正常，桥跨结构强度和刚度满足要求。

通过桥跨结构自振特性测试，实测基频大于理论值，表明结构的刚度满足要求；通过无障碍行车试验表面桥面较平整。

参考文献：

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作者简介：谢勇(1981.11---)，男，本科学历，贵州省惠水人，工程师，研究方向：桥梁结构分析与检测。