张家口市清水河工业南桥荷载试验分析

刘 剑

（河北省交通规划设计院试验检测室，河北 石家庄050091）

1 工程概述

张家口市清水河工业南桥位于张家口市清水河环境治理三期工程新河道桩号9+800处，由两侧引桥及主跨径111m 的主桥构成，桥梁全长147m。主桥为钢结构下承式系杆拱，拱肋外翻约18.4°。主桥双向4 车道，双侧非机动车道及双侧人行道；全桥宽39.5～51m，桥梁面积为4 869m2。桥位与规划河道中线交角为93.1°。桥跨示意图如图1所示。

图1 张家口市清水河工业南桥跨示意图（单位：m）

该桥目前整体情况较好，在该次检查评定中属于合格级桥梁。主要问题有：

（1）承重构件病害：引桥梁底泛白伴裂缝，个别锚头保护套局部脱落；

（2）其他构件病害：桥面有混凝土堆积物，伸缩缝止水带破损。

2 承载能力验算及试验方案

在荷载试验实施之前首先对结构进行计算分析，具体采用目前国内比较成熟的桥梁结构计算软件——MidasCivil 2010，计算模型如图2所示。

本次静载试验采用6 辆重约33t 的加载车进行加载，加载车各轴实际重量见表1。

表1 静载试验加载车轴重表（单位：kN）

试验弯矩和效率系数见表2。

表2 试验弯矩和效率系数表

3 静载试验

3.1 试验目的

（1）通过荷载试验，确定试验结构控制截面的应变分布情况，利用截面应变分布、应变与荷载效率的关系、实测值与理论计算值的对比等参数来评估桥梁的承载能力；

（2）通过分析试验荷载下的桥梁变形情况，评估结构的刚度及承载能力。

3.2 试验工况及测点布置

（1）根据测试内容，荷载试验共分为以下6种荷载工况。

工况1：主拱肋1/2 截面最大正弯矩工况，横桥向对称布载。

工况2：主拱肋1/2 截面最大正弯矩工况，横桥向偏心布载。

工况3：主拱肋1/2 截面最大负弯矩工况，横桥向对称布载。

工况4：主拱肋1/4 截面最大正弯矩工况，横桥向对称布载。

工况5：主拱肋1/4 截面最大正弯矩工况，横桥向偏心布载。

工况6：主拱肋1/4 截面最大负弯矩工况，横桥向对称布载。

（2）位移测试主要对桥梁线形及拱肋位移进行量测。在桥梁行车道两侧边缘设置有桥梁线形测点，每侧各有9个测点，将全桥8等份，两侧共设有桥梁线形测点18个；在桥梁南、北拱肋1/2截面、1/4截面、3/4截面及两拱脚截面各设置拱肋位移测点1个，对各工况下拱肋顺桥向、横桥向及竖向位移进行量测。

（3）本桥应力（应变）测试截面共选择2 个，为主拱肋1/2 截面（A 截面） 与1/4 截面（B 截面）。本桥南、北拱肋1/2 截面、1/4 截面、拱脚截面在上下缘各布设应变测点1个，南、北两拱肋共布设应变测点12 个；跨中截面由北向南在第1#、3#、4#、6#纵梁底各布设应变测点1个；跨中截面南、北系杆底各布设应变测点1个；6#横梁底布设应变测点3个；3#横梁布设应变测点3个；全桥共布设应变测点24个。

3.3 静载试验结果分析

经过对采集的应变和挠度数据进行分析，上述6 个工况的各个截面的校验系数均小于1，满足技术规范要求，但部分截面的效验系数高达0.96，说明该桥的安全储备较小。

在试验过程中，同时对试验桥梁梁体其他位置进行裂缝观测，在各级加载工况下，各测点应变无畸变及退化现象，说明测点位置截面未开裂，未发现有裂缝出现。

4 动载试验

动载试验用于了解桥梁自身的动力特性，抵抗受迫振动和突发荷载的能力。其主要项目应包括：测定桥梁结构的自振特性，如结构或构件的自振频率、振型和阻尼比的脉动试验；检验桥梁结构在动力荷载作用下的受迫振动特性，如桥梁结构动位移、动应力、冲击系数等的跑车或跳车试验。

自振频率（特别是基频）是综合分析和评价桥梁结构刚度的重要指标。本桥的自振频率采用脉动法进行测试，实测一阶频率为0.95Hz，结构动力分析计算结果一阶频率为0.93Hz。实测值大于计算值，说明结构刚度在正常范围内。实测振动时 域图、自功率谱图如图3和图4所示。

图3 桥梁结构实测振动时域图

图4 桥梁结构实测自功率谱重叠图

5 结语

该桥在城市—A级的设计荷载作用下，各个截面的应变、挠度测点校验系数均满足规范要求，但部分位置的结果接近上限，说明该桥的安全储备不够充足。因此，建议建立全桥水准永久观测点，包括桥面线形观测点、拱肋线形观测点。定期进行桥梁线形观测、桥梁养管单位应加强桥梁日常管理与巡查，一旦发现桥梁出现异常，应立即采取封闭交通等相应的安全措施。

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