桥梁静动载试验检测分析

查日葵 （安徽省公路工程检测中心，安徽 合肥 230051）

1 桥梁工程概述

该桥梁工程位于六安市城市主干路—皋陶大道上，其主桥中心桩的标号为K1+066，以桩号K0+877.5为起点，桩号K1+354.5作为终点。横跨在淠河总干渠两侧，桥梁长478.0m。皋陶大桥南部的衔接道路工程，南端起自皋城路的车行道边缘，北端至皋陶大桥工程，该衔接路段长231.028m，整体呈南北走向，道路的主轴线与其纵断面基本服从于皋陶大桥的总体设计，为避让位于皋城路口西侧位置上的建筑物及其东侧的预留用地，道路由北向南其宽度逐渐从45m变为40m，其慢车道及其桥面非分隔绿化带因此被相应压缩。K3+911位置上的三源河桥全桥总长为66m，横跨三源河，桥跨布置成3×20m的简支转结构连续小箱梁形式，每幅在横向方面设置了8片左右幅相同的箱梁，桥墩下部结构用的是桩柱接盖梁，桥台部分是桩接盖梁，桩基础是钻孔灌注桩。

2 引桥左中幅（28m+2×30m+20m）简支变预应力连续组合箱梁部分的静载试验

2.1 工况布设

该静载试验测试的主要是在最不利设计荷载（静载）下主梁各控制截面的内力最大值。通过有限元桥梁专用计算分析软件MIDAS/Civi2017为皋陶大桥引桥当中左中幅第一联（28m+2×30m+20m）简支变预应力连续组合箱梁建立有限元模型，将验算荷载设为城-A级荷载对其展开计算分析。用有限元桥梁专业分析软件MIDAS/Civi2017，求得在设计荷载作用下皋陶大桥试验联的弯矩包络状况和应力包络状况。按照《路桥承载能力测定规程》（JTG/T J21-2011）当中的相关规定，并经过细致的结构计算明确该联对应的内力控制断面。从分析结果来看，在设计荷载跟该试验荷载的作用下，按照最大内力所在的位置，可明确3个主要控制截面，再通过这个内力控制截面，明确4个静载试验工况。工况1：测试单幅第跨跨中周边断面正弯矩最大值（属于偏载）；工况2：测试单幅第跨跨中周边断面正弯矩最大值（属于中载）；工况3：测试单幅#墩顶周边断面负弯矩最大值（属于偏载）；工况4：测试单幅第2跨跨中的C断面上正弯矩最大值（属于偏载）。

因该桥上部结构用的是预应力连续组合式箱梁，在横向上包括多片梁，按照横向分配特点，主要以偏载作为试验加载方式，以边梁弯矩实施试验控制。

2.2 测点设置

2.2.1 布设应变测点

按照经验，测点不宜布设过多，但要保证观测结果的质量，布设的测点必须能反映结构的应变最大值及其沿梁高分布的实际规律。桥面板上表面由于桥面铺装构造而不适合设置测点。结合现场条件，对各控制断面进行测点设置。

2.2.2 布设挠度测点

测量桥梁挠度时按照现场实际条件和具体情况，通过精密水准仪对各测点的挠度进行测量，在不同工况控制断面相应的桥面位置上布设挠度测点，并在其墩台顶布设支点沉降测点，每一个测点距离人行道内侧应保持15cm，并依次将其编号为：0-1、……、4-1。测量桥梁挠度时按照现场实际件和具体情况，通过精密水准仪对各测点进行挠度测量。为测得该桥每一个工况主梁挠度控制加载测点在试验荷载分级加载下的挠度变化过程，各级加载后均应展开挠度测量。

2.3 试验荷载设置

2.3.1 效率系数

为了确保试验的准确性，在确定试验荷载及其加载位置时，通过静载试验效率实施控制。其中的效率系数ηq用的是0.85～1.05。按照结构验算及其外观检查所得结果，结合明确的加载车辆轴载状态将加载位置在桥面上标出来。

2.3.2 加载车辆及其加、卸载程序

通过9辆后八轮自卸式载重车实施加载，加载的总吨位大约为350kN。①按照所要实现的荷载等级还有控制内力影响线，采用50kN的试验加载车实施加载，使其造成的荷载效应达到设计荷载条件下控制效应的最大状态。②本次展开的是基本荷载试验，整个试验将不影响结构的正常使用做为基准。加载期间读取所有控制截面上产生的应变，若是发现异常即刻暂停试验。③每一个试验跨段加载测试工况的具体过程为1～3级，确保按逐级递增的方式从零开始加载到试验最大荷载，再一级级的卸载。

3 引桥左中幅（28m+2×30m+20m）简支变预应力连续组合箱梁动载试验

3.1 桥梁结构的模态试验

通过环境激励法试验来对结构的动力特性进行测试，早已被多次验证适合应用于那些频率较低、规模较大的结构当中。拾振器测点设置一般按照结构理论分析推断出的振型形状，在较大变位处设置测点，以避开各阶对应的振型节点所在位置。本次试验共布设9个测点，且将测点设置在除墩顶处以外桥跨的四等分点位置上，测点从小桩号开始设置，逐渐向大桩号推进，依次为 C1～C9。

3.1.1 自振频率大小与振型

①计算出来的自振频率理论值与振型，应利用软件建模并展开理论模态的相关计算，算得该桥的一阶自振频率理论值为1.451Hz，二阶自振频率理论值为2.726Hz，三阶自振频率理论值为3.692Hz：②自振频率的实测值与振型，由频谱分析可得一阶频率是1.451Hz，二阶频率是2.726Hz，三阶频率是3.692Hz利用模态采集分析软件DHDAS展开模态分析，可以得到自振频率的前三阶f值、其模态振型以及与之相对应的阻尼比ξ。

3.2 车辆激励试验

3.2.1 行车试验

安排一辆试验用车，分别以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度从左幅匀速通过，将试验联跨中（第跨）测点位置上的动应变时程响应曲线测试出来。

①跨中时域波形图

所采集到的行车试验联跨中动应变时程响应曲线见下图。

试联验跨中动应变时程曲线

②冲击系数实测值及跟车速之间的关系曲线

该跨冲击系数实测结果见表2。

冲击系数实测表 表2

3.2.2 跳车激振试验

安排一辆试验所用重车从布设在试验跨跨中的一根高的枕木上面越过，车辆利用枕木出现的跳动，产生对桥梁项目的冲击作用，以便激起竖向上的桥梁振动。同时通过动态应变采集与分析系统，对动应变时程响应信号进行采集。由采集的跳车激振试验时对应的时程响应曲线中，可以分析出该振动信号功率谱。

4 裂缝观测结果

在加载各种工况期间，对桥梁结构中的局部关键受力部位实施监测，对混凝土结构当中产生裂缝的情况实施了监测，一旦产生裂缝的话，就会对试验造成影响。本实验利用监测发现桥梁在经过试验荷载之后，未出现混凝土开裂的明显现象。

5 结论

实践证明，静动载试验确实可以有效的对桥梁结构的实际承载能力做出评估，且其整个试验过程与所得结果全都非常直观。