基于静、动载荷试验的某大桥性能分析

林琦

摘 要：文章以贵州某大桥为分析对象，通过有限单元法并结合静、动载荷试验方法，评定该大桥的使用性能。采用有限单元法分析了桥梁最不利受力面和主桥1阶模态自振频率和主桥前3阶模态振型。选取该桥拱顶最大正弯矩截面，主拱圈1/4最大正弯矩截面，主拱圈拱脚最大负弯矩截面作为试验加载截面；动载试验选取桥梁拱顶截面和L/4截面进行脉动试验，以测试桥梁结构的动力特性。

关键词：有限单元法；静、动载荷试验；弯矩截面

中图分类号：TU311 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0061-02

Abstract： Taking a bridge in Guizhou Province as an analysis object， this paper evaluates the service performance of the bridge by means of finite element method combined with static and dynamic load test methods. The finite element method is used to analyze the most unfavorable stress surface of the bridge， the natural frequencies of the first mode of the main bridge and the mode shapes of the first three modes of the main bridge. The maximum positive bending moment section of the arch crown， the 1/4 maximum positive bending moment section of the main arch ring and the maximum negative bending moment section of the arch foot of the main arch ring are selected as the test load sections， and the dynamic load test is carried out on the arch top section and L/4 section of the bridge for pulsating test， in order to test the dynamic characteristics of the bridge structure.

Keywords： finite element method； static and dynamic load test； bending moment section

1 橋梁概况

某大桥位于贵州省，桥梁起点桩号K0+122.316，终点桩号K0+213.316，桥梁与河道正交，桥梁全长91.00m，全宽20.5m。上部结构：主孔为净跨60m钢筋混凝土箱型拱，主拱圈线型为等截面悬链线，拱轴系数为1.756，矢跨比1/5，拱圈截面高度为140cm，宽度1820cm，行车道板采用简支板。桥宽为20.5m，横向布置为：0.25m（栏杆）+2.5m（人行道）+15（车行道）+2.5m（人行道）+0.25m（景观栏杆）。下部结构：两岸桥台均采用重力式U型桥台，两岸拱座，桥台基础均为明挖扩大基础。设计荷载：城-A级+人群荷载：3.0kN/m2，如图1～图2所示。

2 桥梁静载试验

2.1 检测范围

凤冈县胜利大桥为钢筋混凝土箱型拱，根据该类桥梁结构的受力特点，采用有限单元法进行单元划分，将桥梁结构离散成空间单元，然后分析计算。结构计算模型见图3所示。

根据桥梁内力计算结果，选择该桥的最不利受力截面作为荷载试验对象，选取该桥拱顶最大正弯矩截面（J1），主拱圈1/4最大正弯矩截面（J2），主拱圈拱脚最大负弯矩截面（J3）作为试验加载截面。

2.2 测点布置

在测试控制截面J1、J2、J3测试截面布置应变测点9个（不含温度补偿）、挠度测点5个，其中J3截面无挠度测点。测试截面应变及挠度测点布置见图4所示。

2.3 试验工况及布载

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），并按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）要求，进行最不利加载分析，确定控制截面的控制内力和挠度。

加载原则：（1）为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线以及防止结构意外损伤，对控制截面试验荷载的施加应分级进行；（2）加载级数应根据荷载量和加载最小荷载增量而定，试验荷载应按控制截面最大内力或最大位移分成4级施加；（3）荷载试验选择在温度较稳定的时间段进行；（4）同一级荷载内，结构最大变位测点在最后5

分钟内的变位增量小于第一个5分钟变位增量的15%，或小于量测仪器的最小分辨率值时，则认为结构变位达到相对稳定。

本次试验的加载车辆采用目前的施工用车，对各测试截面分别加载，测试截面试验工况见表1，桥梁计算参数表和桥梁截面特性表见表2和表3。

3 桥梁动载试验

3.1 有限元分析计算

桥梁动力有限元模型中主梁结构采用梁单元进行模拟。主桥前3阶模态自振频率见表4。

3.2 测点布置

根据桥梁结构动力特性，本桥动载试验选取桥梁拱顶截面（J1）和L/4截面（J2）进行脉动试验，以测试桥梁结构的动力特性。通过在测试截面位置处的桥面粘贴加速度传感器测试桥梁的动力特性。

3.3 试验方法

桥梁结构动力（自振）特性测定试验采用脉动激励：在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无其它振源的情况下，测定桥梁由风荷载、地脉动等随机激励而引起的微幅振动响应。

动力特性试验采用高灵敏压电加速度计采集信号，然后由动态信号采集和分析系统进行采集记录。记录信号回放后，通过时域波形分析、数字滤波、频谱分析等方法识别结构的自振频率。

4 结束语

通过对桥梁的荷载试验检测，了解桥梁的基本现状，测试桥梁主体结构控制截面的应力、挠度和开裂状况等指标，检验桥梁结构的承载能力、结构变形及正常使用状态满足设计要求，为桥梁的日后运营、养护和管理提供科学依据。

参考文献：

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[2]石雄伟，王开明，蒋姣，等.基于新旧设计规范的桥梁荷载试验加载效率研究[J].公路交通科技（应用技术版），2012（9）：263-266.