桥梁受力性能测试研究

邹士秀 丁文胜,2

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200082； 2.上海应用技术学院城市建设与安全工程学院，上海 201418)



桥梁受力性能测试研究

邹士秀1丁文胜1,2

(1.上海理工大学环境与建筑学院，上海 200082； 2.上海应用技术学院城市建设与安全工程学院，上海 201418)

选取厦门市正在服役期间的中承式提篮钢拱桥五缘大桥为研究对象，结合现场荷载试验，对桥梁结构进行了各种荷载下的振动响应分析，并评定了桥梁结构的安全性能，得出了一些有意义的结论。

桥梁结构，静载试验，自振特性，承载能力

1 概述

近些年来，随着桥梁事业的逐步攀升，桥梁结构受力性能检测实验也不断得到提升和完善，目前我们主要采用桥梁荷载试验来对结构工作状态进行整体检测评定。先进一些可达到自动采集测试数据、自动分析处理结果以及整个试验实现自动化全过程[1]。从一定程度上来说，桥梁检测技术作为工程系统的一个基础性和创新型研究方向，受到了国内外众多学者的密切关注；特别是借助于现代检测手段中的桥梁无损检测技术，代表了桥梁检测技术当前的发展趋势[2]，同时也代表了桥梁健康监测这一大型智能型决策系统设计的关键组成部分。

需要进行检测的桥梁结构的原因很多，检测的桥梁类型也各不相同。钢箱提篮系杆拱桥在我国的发展速度相对较快，提篮拱比常见的上承式拱面外稳定性大得多[3]，由于拱桥结构的受力特点和施工工艺等受多方面原因的影响，为了保证桥梁能够在使用年限内安全正常运营，就需要对其加强日常养护管理和定期检查工作，达到能提前预防破坏的目的[4-7]。

实践证明很多桥梁检测方法中，桥梁荷载试验是对桥梁结构承载力评价最有效、最直接和最有说服力的方法[8-11]，同时也为桥梁设计理论和施工技术的进一步发展积累了经验，使得桥梁建设的总体水平提升到更高一水平；为桥梁结构的竣工验收和维修养护提供科学的数据资料，对五缘大桥进行静动载试验和承载能力评定，评估该桥承载能力是否满足公路—Ⅰ级主干路荷载等级要求。

2 工程实际案例对比分析

2.1 工程概况

五缘大桥(钟宅湾大桥)位于厦门市环岛东北部内湖出海口。五缘大桥主桥全长324 m，总宽度2×17=34 m，为三跨中承式钢—混凝土组合梁和钢拱肋提篮拱桥。主桥吊索区主梁为简支连续体系，两端支撑在主拱横梁(ZGHL2)上，边跨主梁与边拱肋和拱上立柱固结，边跨主梁与主桥主梁在主拱横梁(ZGHL2)上通过设置一道伸缩缝(伸缩量为160 mm)相接。

五缘大桥平面布置图如图1所示。

2.2 静载试验

根据结构受力特性，通过静载试验对五缘大桥主桥结构的主要受力控制截面下应变情况进行试验检测。根据桥跨结构受力特点和外观检测结果，选择五缘大桥主桥中拱拱脚截面、中拱拱顶截面、中拱L/4拱肋截面、主桥主梁跨中截面、主桥主梁L/4截面5个主要控制截面为检验对象，通过5个试验工况进行检验。具体测试内容和工况见表1。

表1 试验测试内容

测点布置：主桥拱肋和主梁主要控制截面的应变测点，每个截面4个测点。

2.3 自振特性试验

通过自振特性实验可以测定桥梁结构在各种荷载作用下的振动响应，进而测试自振频率和基本振型，以此来分析桥梁结构自振特性情况。

量测系统：试验选用仪器配套如图2所示；在试验前，要求对全套系统进行标定检查。

右侧1号吊杆、3号吊杆、10号吊杆、17号吊杆、19号吊杆的索力测试结果见表2。

表2 五缘大桥索力分析表

3 动载试验结果

自振特性试验结果与分析。

表3 各阶自振频率及振型

自振特性试验结果表明，五缘大桥实测竖向1阶自振频率为0.78 Hz，大于理论计算值0.55 Hz，实测振型与理论计算振型一致；竖向2阶自振频率为1.27 Hz，大于理论计算值0.93 Hz，实测振型与理论计算振型一致；横向1阶自振频率为1.25 Hz，大于理论计算值0.53 Hz，实测振型与理论计算振型一致。可见实测的前几阶结构自振频率均大于理论计算频率，说明结构的整体刚度大于设计预期刚度。

按D=∑αjDj计算确定该桥承载能力检算系数评定标度D。

经过计算，该桥承载能力检算系数评定标度D=1.70，可只进行钢筋混凝土梁承载能力极限状态抗弯验算(见表4)，计算结果取受力最不利位置处的内力，即：

γ0S≤R(fd,ξc,adc,ξs,ads)Z1(1-ξe)。

各参数意义见JTG/T J21—2011公路桥梁承载能力检测评定规程。五缘大桥的承载能力极限状态受弯荷载效应基本组合计算结果如图3所示，主拱拱脚和主梁跨中截面抗弯承载能力检算结果见表5，五缘大桥拱梁应力检算见表6。

表5 桥梁拱脚和主梁跨中抗弯承载能力检算

kN·m

表6 五缘大桥拱梁应力检算 MPa

检测结果表明：在承载能力极限状态荷载基本组合下，五缘大桥主拱及主梁满足承载力以及应力检算要求，该桥承载能力目前能满足公路—Ⅰ级荷载要求。

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Research on bridge performance test

Zou Shixiu1Ding Wensheng1,2

(1.School of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200082, China；2.School of Urban Construction and Safety Engineering, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418， China)

Taking the half-through bucket arch bridge in service of Xiamen as the research object, the paper undertakes the vibration-response analysis under various loads by combining with the site loading tests, evaluates the safety performance of the bridge structures, and achieves some meaningful conclusions.

bridge structure, static loading test, self-vibration feature, loading capacity

1009-6825(2017)08-0157-03

2017-01-04

邹士秀(1989- ),男，在读硕士; 丁文胜(1972- ),男，博士，教授

U441

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