某空心板简支梁桥荷载试验分析

伍成忱

摘 要：本文针对某空心板简支梁桥利用MIDAS进行理论建模和分析，并进行了静载试验和动载试验检测，并利用桥梁计算软件MIDAS进行理论建模和分析。通过理论计算和荷载试验，对该桥的健康状况作出了评价，为该桥的正常运营提供了可靠的试验数据。

关键词：空心板；简支梁桥；荷载试验

1 引言

对桥梁使用安全的重视，可以有效地防止桥梁事故的发生。当桥梁出现病害时，应采取有效的措施进行处理。本文以某出现病害的桥梁为研究对象，针对该桥可能存在绞缝完全破坏的情况设计荷载试验，结合理论计算与现场调查对该桥进行结构安全评估，并提出有效的养护建议，保证桥梁结构的安全运营。

1工程概况

1.1桥梁概况

改桥上部结构采用1×10m斜交钢筋混凝土空心板，斜交角20°。单幅桥梁共采用12块空心板，桥面宽12.5m，车道设计为单向三车道。空心板采用30号钢筋混凝土。空心板梁高52cm，边板底板宽0.99m，翼缘板宽0.25m，中板底板宽0.99m，桥台采用重力式桥台。该桥于2004年建成通车。设计荷载为汽车-超20级，挂车-120，实际运营荷载为城市-A级。

该桥空心板的横向连接采用的是小铰缝形式。选取了8#～9#板、2#～3#板间跨中位置处铰缝进行开槽核实。从实测情况来看，两处铰缝均设有直径为10mm、间距为20cm的预埋钢筋，8#～9#板间铰缝宽8.9cm，2#～3#板间铰缝宽9.0cm，均为小铰形式，这与设计图纸是吻合的。

经检查发现桥面铺装存在多条纵向贯通裂缝，2#板～9#板间铰缝位置处最为明显；空心板间存在多处铰缝脱落，且铰缝间渗水泛碱严重，导致桥梁正下方路面长时间泥泞；超重车过桥时，空心板下挠幅度较大，梁体出现非正常的振动，与2#板～9#板间铰缝位置处桥面铺装出现纵向贯通裂缝这一现象相对映。

2 荷载布置及荷载试验

2.1 理论计算

利用MIDAS有限元分析软件，将桥梁横向划分为12片空心板，纵向划分为1m网格，整个模型梁单元120个，节点132个，建立有限元模型。针对2#、3#空心板絞缝破损严重，选取偏载工况下对2#、3#板最不利状态进行试验。对该桥进行特征值计算，通过有限元分析，该简支空心板桥的第1阶频率为：f1=10.22Hz。

2.2静载试验

通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下各控制截面的应力及结构变形，从而确定桥梁结构实际工作状态与理论计算值是否有较大差异。静力加载时各梁跨中界面下缘应变横桥向分布数据见图1。

在试验荷载作用下，该桥测试截面应变校验系数为0.54～0.91，实测应力值均小于理论计算值，3#～8#空心板测点应变荷载效率在0.80～0.91之间，与其它板先比明显偏大，卸载完毕后，测试截面最大相对残余为10.53%。测试结果表明该试验桥跨结构强度满足设计荷载要求，但桥梁整体工作性能较差。

根据实测挠度数据与理论模型计算数据对比，计算各挠度测点的校验系数。静力加载时各挠度测点见表1。

在试验荷载作用下，该桥测试截面挠度校验系数为0.66～1.02， F2、F3测点挠度校验系数在1.01～1.02范围内，两测点校验系数均已经超过1.0，卸载完毕后，测试截面最大相对残余变形为16.53%。测试结果表明该试验桥跨工作性能较差，试验桥跨结构刚度不满足设计荷载要求。

2.3动载试验

动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能，该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要指标之一。利用动态信号测试分析系统采集脉动状态下桥梁结构的动力响应。桥梁动力特性检测，包括固有频率、阻尼比；桥梁测试截面动力响应检测，包括动应变、振动加速度、冲击效应。

试验桥跨实测一阶竖向自振频率为10.510Hz，理论自振频率为10.221Hz，实测值大于理论值，比值为1.028，表明试验桥梁结构实际刚度大于理论刚度。

跑车试验采用1#加载车居中匀速通过桥梁对结构进行激励，跑车速度为20km/h～50km/h，跑车均为桥面无障碍试验。刹车试验采用1#加载车居中匀速行驶（40km/h），在测试截面紧急制动。跑车和刹车试验动力响应实测结果见表2。

20km/h、30km/h、40km/h、50km/h单车跑车试验、40km/h刹车试验，测试截面实测振动加速度为0.068m/s2～0.124m/s2，测试截面的实测振动加速度较小。实测应变增大系数在1.102～1.381之间，测试截面的冲击效应随车速的增加而增大，动态增量较明显，冲击较大。加载车在测试截面紧急制动，测试截面的动应变以及振动加速度响应正常，刹车后桥梁的竖向振动能量消耗较慢，振动较慢地趋于平稳。

综上所述：该桥实测竖向自振频率大于理论值，桥梁实际刚度大于理论刚度，汽车荷载对桥梁的冲击效应与规范建议值接近，实测动应变幅值较大。试验桥跨结构动力性能正常，基本满足桥梁正常使用的要求。

3 结论

根据理论分析和现场调查、荷载试验结果，对该桥综合评定得出以下结论：

（1）通过理论分析，考虑桥梁单板受力状态，该桥主体结构当前承载能力不满足“城-A级”荷载等级的要求；

（2）通过对该桥的现场检测调查，该桥整体技术状况等级为D级为不合格状态，应立即进行中修或大修工程；

（3）通过该桥现场荷载试验评估该桥安全等级评定为“不合格等级”：桥梁结构构件损伤，影响桥梁安全，建议立即对右幅桥进行大修，对左幅桥进行耐久性加固处治。