大跨径钢筋混凝土箱型拱桥测试技术研究

张来强

(贵州省交通科学研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550000)

1 工程概况

某公路桥梁上部结构采用箱型拱桥，其荷载按汽车-20级和挂车-100级确定，桥面净宽为9 m。桥梁建设完毕后，为对其质量与通车安全性进行评定，委托专业机构对其开展荷载试验。现以本工程为例，对其测试技术作如下深入分析和介绍。

2 测试内容

(1)现状普查。采用现状普查的方法能掌握桥梁在竣工交付使用以后轴线情况和是否存在病害，如混凝土裂缝与剥落，以此为之后的内力计算和荷载方案制定等提供可靠参考依据。

(2)静载试验。在桥梁试验荷载条件下，对各个控制截面实施应力测试；在桥梁试验荷载条件下，对各个控制截面实施挠度观测。

(3)动态试验。在桥梁动力荷载条件下，对结构动力响应进行测定，包括动力系数、动应力及动位移；在桥梁动力荷载条件下，对结构动力特征进行测定，包括自振频率、阻尼系数与衰减。

3 静载试验

3.1 加载车辆

通过验算，试验荷载为汽车-20级。为了有效减少汽车的数量，缩短试验时长，以截面内力为依据，实施等效换算，使荷载效率保持在0.8～1.0范围内。在本次试验中，共采用3台23 t汽车，3台20 t汽车与9台13 t汽车。

3.2 工况分析

在本次试验中，共设置了23个工况，其测试内容为：

(1)边跨：在加载条件下对拱顶截面进行应力测试；(2)边跨：在加载条件下对L/4截面进行应力测试；(3)边跨：在加载条件下对A岸拱脚截面进行应力测试；(4)边跨：在加载条件下对B岸拱脚截面进行应力测试；(5)边跨：在加载条件下对拱顶截面进行挠度测量；(6)边跨：在加载条件下对L/4截面进行挠度测量；(7)中跨：在加载条件下对拱顶截面进行应力测试；(8)中跨：在加载条件下对拱顶截面进行挠度测量。

3.3 加载流程

在现场试验过程中进行分级加载，第一级荷载为总荷载40%，第二级荷载为总荷载70%，第三级荷载为总荷载100%，施加完一级荷载后，应持荷5～10 min，且卸荷稳定时间按10～15 min控制。

3.4 结果与分析

在静载试验条件下，挠度测量结果为：边跨跨中挠度为5 mm，边跨L/4截面挠度为4 mm，中跨跨中挠度为5 mm；应力测试结果如表1所示。

表1 静载试验条件下桥梁应力测试结果(MPa)

在试验的条件下，现场实测挠度值比理论值小，而且比规范值更小，检验系数处于允许范围，同时卸载之后的残余变形很小，说明结构处在理想状态。

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首先，荷载效率处在0.8～1.0范围内，属于基本荷载试验，重点截面的应力状态和设计基本相同，整个桥梁的力学状态均正常；承载力满足设计要求，可正常、良好使用。

4 动载试验

4.1 加载工况

工况一：由两辆车在沿桥梁轴线相对称的位置按30 km/h的速度做匀速行驶；

工况二：由两辆车在沿桥梁轴线相对称的位置按40 km/h的速度做匀速行驶；

工况三：由两辆车在沿桥梁轴线相对称的位置按50 km/h的速度做匀速行驶；

工况四：由两辆车在沿桥梁轴线相对称的位置按60 km/h的速度做匀速行驶；

工况五：由一辆车在桥梁L/2位置按50 km/h的速度进行紧急刹车；

工况七：由一辆车在桥梁L/4位置进行跳车试验。

4.2 结果与分析

(1)动力特性

对结构而言，其自振特性由结构自身各项固有性质决定，用于表述结构振动系统具有的各项基本特征，是后续动力分析需要参考的依据。在本次测试中，于桥梁跨中施加冲击荷载，并进行环境随机振动，促使结构产生相应振动信号，再通过分析处理获得固有频率及阻尼比，在测试过程中，利用加速度计对振动信号进行拾取，再利用计算机采集所有振动信号，并作必要的记录与分析处理，分析结果如表2所示。

表2 桥梁动载试验动力特性分析结果

(2)动力响应

在桥梁动荷载试验条件下，结构自身动力响应为结构和振动系统持续作用产生的结果，在本次试验中，通过对桥梁结果在各类车辆动载条件下的影响特性测定来获取动力响应，包括动力数、动应力与动位移，具体结果如表3所示。

表3 桥梁动载试验动力响应分析结果

对表2、3数据进行处理后可得以下结果：(1)边跨自振频率为1.201 Hz；(2)边跨阻尼比为0.036 6；(3)边跨混凝土动应变为19.4；(4)边跨加速度为0.295 cm/s2；(5)边跨应变增大系数为1.128。

测试桥跨在纵向竖直方向上的一阶频率可确定为1.201 Hz，相应的阻尼比为0.036 6；当以30～60 km/h的速度进行试验后，应变增大系数处于1.041～1.128之内。根据以上数据，该桥梁冲击效应不明显，说明结构具备一定抗冲击性，然而，应变及其增大系数与加速度都有伴随车速提高而增大的可见趋势。

5 结束语

综上所述，桥梁测试，尤其是大跨径桥梁的测试对保证桥梁运营安全具有重要作用和意义，必须引起相关部门及人员的高度重视，根据桥梁实际情况和特点，确定适宜的测试内容，然后采用适当的方法开展试验与测试，以保证试验与测试结果的真实性、准确性，为质量和安全性评定提供可靠参考依据。