基于三塔双索面斜拉桥静动载试验简析动载试验结果对桥梁静载承载力判定的影响

卢 的 金 翀 邱建华

（1 广东全科工程检测有限公司；2 浙江交工集团股份有限公司；3 广东中磐工程检测有限公司）

1 工程概况

八里湖大桥全长1590m，标准桥宽32m，主桥桥宽35.6m。本桥由主桥和两侧引桥组成，主桥跨布置为80.55+2×132+80.55=425.1m。主桥上部结构为三塔刚构-连续梁矮塔斜拉桥，索塔为戒指形，中塔塔梁墩全固结，两边塔塔梁分离。边主梁采用等截面单箱单室混凝土箱梁结构。主梁采用C55 混凝土，主塔采用C60 混凝土。道路等级为城市I级主干路，设计荷载：公路-I级；设计车速：50km/h；人群荷载：3.0KN/m2。主桥桥梁布置图如图1。

图1 八里湖大桥立面图

八里湖大桥已投入使用8 年，大量隐蔽结构的损伤无法通过巡检发现，必须周期性地采用动静载试验观测桥梁力学性质从而判断其健康状态。静载试验直接判定承载能力是否达标，动载试验则通过动力响应特性反映重要结构是否存在较大损伤，结合历史数据可为桥梁维修、养护的决策提供关键数据支撑。

2 静载试验

采用空间有限元程序MIDAS Civil 2015 对桥梁进行建模计算，通过对比设计荷载作用下的结构力学状态，确定试验荷载的大小和布置。理论计算中的试验荷载采用多辆3 轴30t 重车布置。模型共584 个节点、460个梁单元、120 个桁架单元。重要计算结果见图2～图4。

图2 桥梁主梁结构在移动荷载作用下弯矩值图

图3 移动荷载作用下索力图

图4 移动荷载作用下桥塔塔顶最大纵桥向水平位移图

根据《公路桥梁承载力检测评定规程》和《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的规定，结合结构分析计算结果选择了8个最不利位置作为主要内力控制截面。

试验中采用振弦式应变计测试截面应力（应变），全桥设置12个监测截面，共计112个测点。采用精密电子水准仪测量挠度。挠度测点布置于试验跨的支点顶部、四分点和跨中位置。塔身水平位移测点布置于塔身圆弧的中点和四分点位置。试验时，加载车辆的实际重量超出理论计算荷载约5%，属合理范围。

表1 试验工况

静载试验开始时气温为26.1°C，结束时气温为25.9°C，试验过程中大气温度变化0.2°C，试验过程中温度基本恒定。各工况的试验结果如表2 所示。试验结果表明：在等效试验荷载作用下，边跨箱梁挠度、应变校验系数均不大于理论分析计算值，拉索、边主墩桥塔位移校验系数小于理论值，卸载后残余比均小于20%，说明边跨主梁纵向刚度满足要求，拉索及桥塔构件性能较好，有一定的安全储备，结构在设荷载作用下是安全的；中跨箱梁挠度校验系数达到1.09，索力最大值校验系数达到1.07，说明中跨箱梁纵向刚度和斜拉索性能可能有所降低，但其残余比均能满足小于20%的要求，且在试验过程中未发现梁体有肉眼可见的新裂缝产生，表明该结构仍具有良好的工作状态。

表2 试验测试结果实测值与理论值对比

3 动载试验

使用子空间迭代法计算得到主桥的前9 阶自振模态理论频率和阻尼比，如表3 所示。脉动试验的实测结果显示，各阶模态实测频率均比理论值高，说明结构的整体刚度满足设计要求。阻尼比在1.7%～4.0%之间，相对较小，说明在小振幅范围内，结构的阻尼比较低。

表3 八里湖大桥模态计算及实测结果比对

实测跑车、刹车、跳车基频均为0.568Hz，与理论值之比大于1.1，结构的实际刚度大于理论值。但因缺乏往期动载试验资料，缺乏数据对比，无法严格确定桥梁力学性能是否存在劣化。

实测跑车50km/h冲击系数为0.039，小于理论计算值0.05，说明桥梁路面平整，运营性能良好。

4 结论

通过对静载试验实测数据的整理分析，可见该桥主桥中跨试验跨在各试验工况荷载作用下，虽然部分测点校验系数轻微大于规范允许值，但梁体、桥塔及拉索残余挠度比小于规范规定值20%，说明桥梁结构在试验荷载下处于弹性工作状态。动载试验结果表明：结构实测模态固有频率比理论值略高，进一步证明桥梁结构的整体刚度不差于理论计算。由于混凝土材料力学特性的原因，混凝土结构理论计算的误差通常较大，同时试验的实际加载量较理论计算重，故可得出以下合理推断：略微超限的静载试验校验系数源于试验误差和计算误差。

通过本次动载试验工作，发现部分桥梁养护单位对往期资料保存并不妥善，缺乏往期动载试验数据，导致本次实验无法作出完整全面的分析。在路桥设施运营、维护阶段，运维公司的管理工作仍有可提升空间。