斜交箱梁桥静动力特性试验研究

姜基建　杨　婧　王文龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　550081)

斜交箱梁桥静动力特性试验研究

姜基建杨婧王文龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳550081)

摘要斜交箱梁桥是一种整体式结构形式，受力特征与试验方法不同于正交结构。文中针对某5跨连续斜交箱梁桥工程实例进行静动力特性荷载试验研究，分析斜交箱梁桥在荷载作用下的结构响应，得出试验测点位置、测试截面及车辆荷载的布置方式采用斜向布置具有一定的合理性。

关键词斜交箱梁桥斜度静动力特性荷载试验

随着我国交通事业的迅猛发展及城市规模的逐步增大，原来的城市道路需要向城市四周进行扩展，需建立越来越多的互通立交桥、高速公路和高架桥，因此不可避免地需要更多的跨线桥梁。为了达到跨越障碍和线路的目的，斜交桥在公路建设中应运而生[1]。

斜交桥，也叫斜桥，区别于正桥，是指桥梁纵向轴线与支承边(或支座连线)之间不相垂直的桥梁。斜交桥中最显著的特征是其具有斜度。斜交桥按桥型分有斜板桥和斜梁桥。多片梁式是斜梁桥最常见的一种形式；另一种斜梁桥类型为斜交箱梁桥，它是一种整体式结构形式，截面形式常见为单箱双室和单箱多室型。斜交箱梁桥因其整体性好、传力效果好等优点，近几年被广泛运用，现实中为了了解结构现阶段使用性能，则需借助桥梁静动力特性测试手段，而斜交箱梁桥结构受力与试验方法要比正交桥复杂许多，目前对于其系统的试验方法研究还不成熟，基于此原因，本文针对某一斜交箱梁桥开展静动力响应试验研究。

1工程背景

广元回龙河大桥位于广元市利州开发区王家营，与新迁广元市娃哈哈厂相邻。该桥桥面布置为：2×4.0 m(人行道)+2×12.0 m(车行道)+4.0 m(分隔带)+6.0 m(非机动车道)=42 m，由3道(下游侧A道、中间B道、上游侧C道)相互独立的5跨斜交连续梁组成。A道跨径为27.8～32.0 m，梁体高度为1.60～1.84 m；B道跨径为22.0～26.0 m，梁体高度为1.66～1.84 m；C道跨径为16.8～20.4 m，梁体高度为1.45～1.66 m，3道斜交桥梁总长为107.88～163.28 m。本文只选取B道进行分析研究。桥面宽度为12 m，考虑3个车道荷载[2]。

该B道桥为变斜度连续梁桥，在各支承处斜度是不同的，自西向东斜度依次为45.525°，39.014°，38.525°，25.474°，0.583°和-11.667°。

设计荷载：汽超-20级；无人群荷载；验算荷载：挂-120级；梁体采用50号混凝土，桥墩采用30号混凝土，桩基采用25号混凝土。桥梁实景图见图1。

图1　回龙河大桥实景图

2梁结构测试方法

据测试荷载作用性质的不同，结构试验可分为静载试验和动载试验。

2.1静载试验

所谓静载试验，是用外荷载来模拟结构受力大小，将静止的荷载作用在桥梁结构，然后通过对其位移、应变和裂缝等参量进行测试，从而对桥梁结构实际工作状态及使用性能作出评价。静载试验的加载过程是逐步、分级加载的，直到要求的荷载要求。加载过程中要进行应力、挠度和温度测试。静载试验过程中，需要对实测结果实时控制，测试后期需要对实际结果进行处理和分析[3]。

2.2动载试验

动载试验是利用某种激振方法激起斜桥结构的震动，然后测定其固有振动特性，包括基频、阻尼比、振型、冲击系数等，从而判断斜桥结构在使用阶段的动力特性。在桥梁结构中，常见的激振方式有桥梁在自然情况下的振动、行车、刹车和跳车过程中的振动。目前动载试验主要是测量动应变、动挠度和自振特性3个方面的内容。

3斜交箱梁桥静载试验

3.1静载试验内容

B道桥为5跨连续梁桥。为便于叙述，约定桥跨自西至东方向依次编号为第1跨～第5跨，桥墩依次编号为1,2,3,4号墩，选择第1跨～第3跨进行试验。

3.1.1试验内容

(1) B道第1跨梁体最大弯矩截面(A-A)Mmax加载试验。

(2) B道第2跨1号墩附近梁体最大负弯矩截面(B-B)Mmin加载试验。

(3) B道第3跨梁体最大弯矩截面(C-C)Mmax加载试验。

3.1.2测试内容

(1) 试验加载截面的应力测试。

(2) 试验跨L/4，L/2，3L/4处及相邻跨L/2的竖向挠度测试。

3.1.3加载试验

B道桥试验前期计算采用斜桥正算法[4]，所谓斜桥正算原则是考虑将斜交桥转换成正交桥，将荷载转换斜交角，按正交桥计算得出结果。计算出理论的试验内力值，见表1。

表1　B道各工况计算内力、试验内力及

试验中采用纵向轴距为3.65 m+1.35 m、横向轴距为1.8 m、单车总重400 kN的双后轴载重货车加载。荷载效率系数为0.95～1.03，处于评定规程建议的0.95～1.05合理范围内。

根据斜交桥梁整体内力及变形特点，试验中测试断面、挠度及应力测点布置均按与线路方向斜交的方式，具体倾斜程度依据结构相邻支点斜度而定。该桥测试截面、测点布置见图2～图3。

图2　试验截面及挠度纵向布置图(单位：cm)

图3　挠度、应力测点横向布置图(单位：cm)

双后轴车加载方式同样采用斜向布置，A-C各工况具体加载方式见图4～图6。

图4　A-A工况加载方式示意图(单位：cm)

图5　B-B工况加载方式示意图(单位：cm)

3.2静载试验结果及分析

3.2.1挠度测试及计算结果

计算结果见表2，试验跨挠度校验系数介于0.61～0.83之间。挠度校验系数均处于合理范围，表明B道桥跨结构具有足够的刚度。

表2　B道试验跨挠度实测值与计算值比较

3.2.2应力测试及计算结果

应力计算结果见表3，各试验截面应力校验系数介于0.61～0.78之间，应力校验系数均处于合理范围，表明B道桥跨结构具有足够的强度。

表3　B道试验截面应力实测值与计算值比较表

4斜交箱梁桥动载试验

4.1动载试验内容

4.1.1试验内容

(1) 脉动试验。测定振型、自振频率、临界阻尼比。

(2) 行车试验。测定桥面铺装层完好时A-A，C-C截面在行车速度为5，10，20，30，40，50，60 km/h汽车荷载下，结构的响应特点以及冲击系数大小。

(3) 跳车试验。模拟在桥面铺装局部破损状态下，A-A、C-C截面在行车速度为5，10，15，20，25，30 km/h汽车荷载下，结构的响应特点和冲击系数大小。

4.1.2测点布置

A-A，C-C截面下缘各布置1个动应力测点。

4.2动载试验结果及分析

4.2.1自振特性测试结果及分析

据表4及图7～图9可以看出，实测阻尼比处于正常范围内；实测振型符合连续梁的受力行为。

表4　试验跨自振频率实测值及阻尼比

图7　B道桥跨结构自振频谱图

图8　B道桥跨结构竖向振型图

图9　B道桥跨结构横向振型图

4.2.2行车激振测试结果及分析

表5为截面行车冲击系数。

表5　试验截面行车冲击系数

由表5可见，B道A-A截面的行车冲击系数介于1.04～1.24之间，在车速达到30 km/h时，行车冲击系数达到最大值；B道C-C截面的行车冲击系数介于1.06～1.25之间，在车速达到60 km/h时，行车冲击系数达到最大值。行车冲击系数均处于合理范围内。

4.2.3跳车激振测试结果及分析

表6为试验截面跳车冲击系数。由表6可见，B道A-A截面的跳车冲击系数介于1.26～1.48之间，在车速达到15 km/h时，跳车冲击系数达到最大值；B道C-C截面的跳车冲击系数介于1.29～1.57之间，在车速达到15 km/h时，跳车冲击系数达到最大值。跳车冲击系数均处于合理范围内。

收稿日期：2014-09-10

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.001