某简支T型梁桥动静载试验研究 ①

赵柏冬， 吴 迪,*， 李文全

(1.沈阳大学建筑工程学院，辽宁 沈阳,110044；2.辽宁大通公路工程有限公司，辽宁 沈阳 110005)

0 引 言

在我国目前已经建成的桥梁中，混凝土简支T梁凭借其可靠性、功能性、经济性在我国公路建设中得到广泛应用[1-2]。但是随着行车荷载等级的不断增加部分已经修建多年的混凝土T梁承载力已经不能满足现代的行车要求。对于承载力无法满足的桥梁拆除重建在经济与技术等层面是不合理的。所以要求人们定时对在役桥梁进行检测，准确的掌握混凝土T梁的实际承载能力，针对性的对桥梁进行加固、拆除、等一系列操作增加其在安全承载力范围内的服役时间[3-5]。

1 依托工程概况

某高速路段一区间某桥建成于2002年。该桥左、右分幅，跨径布置为50m×30m，桥梁全长为1508m，交角为90°。桥面净宽为2m×11.25m，两幅内、外侧各设0.50m的防撞墙；上部结构为后张预应力混凝土简支T梁，左、右幅桥每孔各6片，每孔设置7道横隔梁；桥面铺装采用沥青混凝土， 纵向最大坡度为 3%，横向坡度均为 2%。桥梁设计荷载为汽车-超20级、挂车—120。

2 建立模型

查询桥梁设计图纸并运用midas/civil建立结构分析模型，桥梁的上部结构使用C55混凝土。在Midas/Civil中，遵循JTG(RC)规范，混凝土弹性模量E=3.55x104MPA，泊松比μ=0.2，ρ=2.6103kg/m3，线性膨胀系数[5]，计算模型见图1。

图1 计算模型图

3 静载试验[6-7]

3.1 试验原理

桥梁静载试验是通过加载车辆，遵循“内力等效”原则对桥梁施加等同于设计荷载的等效荷载。待加载稳定后，读取各测点的应变、挠度数值，并汇总计算校验系数与残余形变等数值，以此判断桥梁的承载力情况。

3.2 测试截面选择

在静力学分析中，混凝土为受压构件。简支T梁部件在弹性工作阶段主要承受跨中最大的弯矩变形．T梁梁体在恒载作用下，上部承受压应力，下部承受拉应力，下部应力产生的变形破坏将是直接影响简支梁整体结构安全可靠度的主要因素。通过使用Midas/civil模型计算出梁的最大弯矩，最大弯矩所在截面即为本次试验的控制截面。由图2模型计算结果可以看出，试验的最大弯矩发生在跨中截面，故选取跨中截面为本次试验的控制截面。

图2 四级荷载下最大弯矩

3.3 测点布置

挠度测点布置为在桥梁控制截面梁底处布置，应变测点布置在跨中梁底处以及沿主要测试梁的梁高方向布置。具体布置位置见图3、图4.

图3 挠度测点图

图4 应变测点图

3.4 加载方式

试验采用四辆三轴汽车进行加载，遵循“内力等效”原则，加载车辆的具体参数见表1。静载试验的荷载效率见表2。

表1 试验车辆技术参数表

表2 静载试验荷载效率

3.5 挠度结果分析

试验采用千分表读取桥梁测点的挠度值，同时运用有限元分析软件midas计算静力荷载作用下的各测点的理论挠度值，试验总结了各级荷载作用下控制截面跨中梁底测点挠度的理论值与实测值，结果见表3。

表3 C1-C6挠度实测值与理论值

3.6 应变结果分析

试验采用DH3820多通道数据采集仪进行应变采集，选取梁腹板沿高度方向的应变理论值与计算值进行比较，见表4。并选取跨中截面测点理论值与实测值比较，结果见表5。绘制了梁应变-梁高曲线如图5。

表4 应变测点在四级荷载作用下的应变数值

表5 C1-C6应变实测值与理论值

4 动载试验

4.1 动载试验原理

动载试验主要测试内容包括结构的频率、阻尼比等参数。首先对桥梁结构施加激励，测试特定部位在激励作用下的动力响应，对动力响应进行试验模态分析，分析出桥梁结构的动力参数，根据动载试验的测试结果和理论结果对比分析，从而判断桥梁的使用状态。

图5 1号梁应变-梁高曲线

4.2 测点布置

由于简支T型梁桥的结构特点，动载试验的测点位置布置控制截面的跨中梁底位置，试验跑车测点位置在1号、2号梁跨中梁底。脉动试验一个测点，测点位置为桥梁跨中。

4.3 试验方案

脉动试验：在被测桥梁跨中位置放置振动传感器，通过环境随机激振法对桥梁输入激振能量，通过传感器采集的数据对振动信号进行分析处理，结果汇总与表6。

表6 上部结构自振频率检测结果

跑车试验：试验通过两辆载重约400kN的汽车以不同速率匀速驶过被测桥梁，通过测量将被测桥梁的冲击系数见表7。

表7 上行桥第47孔冲击系数结果表

4.4 试验数据

通过对桥梁进行跑车试验，在10km/h的速度时程曲线中，所测微应变峰值为37.976，最小值为3.47；在20km/h的速度时程曲线中，所测微应变峰值为46.6，最小值为4.32；在30km/h的速度时程曲线中，所测微应变峰值为41.97，最小值为5.76；在40km/h的速度时程曲线中，所测微应变峰值为48.25，最小值为6.64。

5 结 语

在对桥梁的实际荷载试验方法进行简要的描述后，结合某桥一孔预应力简支T梁的荷载试验工程案例得到如下结论：

(1)通过对某桥其中一孔进行静载试验，结合Midas有限元模拟对比分析以及有限元计算。简要介绍了试验的加载方案，加载等级，测点布置等，对该桥的实测应变、挠度值与理论计算值进行比对分析，结果表明：该桥梁理论分析与设计方法可靠，桥梁的刚度与承载力满足安全使用要求。

(2)在桥梁静载试验中，被测桥梁的控制截面的挠度校验系数满足规范规定的0.7～1.0；应变校验系数符合规范0.6～0.9的相关要求，表明桥梁实际工作状况优于理论状况，挠度和应变与其理论值呈线性关系，应变沿T梁横向变化符合T梁剪力效应分布特点，沿梁高方向变化符合平截面假定原理。且对残余应变和相对残余变形相均小于20%，表明结构处于弹性工作状态。

(3)在动载试验中，梁自振频率实测值大于计算值，实际测量值越大，表明试验孔T梁实际刚度越好。一阶实测阻尼比为2.13%，表明被测桥梁消耗外部能量的能力良好，在加载车行驶车速 10km/h、30km/h、40km/h的行车作用下，桥梁冲击系数实测值小于理论值，表明结构在车速10km/h、30km/h、40km/h行车作用下结构动力增大效应小于理论状况；在50km/h行车作用下实测冲击系数实测值大于理论值，表面结构在车速50km/h行车作用下结构动力增大效应大于理论状况。