陈村特大桥荷载试验测试分析

李捷熙

（广州市交通工程质量监督站，广东广州 510378）

陈村特大桥荷载试验测试分析

李捷熙

（广州市交通工程质量监督站，广东广州 510378）

结合广明（广州市番禺区—佛山市高明区）高速公路陈村特大桥的荷载试验，测量并分析了荷载作用下控制截面（控制点）的主梁挠度、应变和主塔偏位等，通过各项指标数据的比较分析，论证该桥在力学性能上满足设计要求。

桥梁；矮塔斜拉桥；荷载试验；测试分析

矮塔斜拉桥是介于连续梁和斜拉桥之间的一种新型桥梁，近年来在广东地区的运用越来越广，它以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，具有受力性能好、跨径布置灵活、施工难度较低等优势。广明（广州市番禺区—佛山市高明区）高速公路陈村特大桥是广州地区近年通车的公路桥梁中矮塔斜拉桥的典型代表，为科学地检验该新型桥梁结构的强度、刚度和整体性能，评定其施工质量，也为公路桥梁监督检测积累宝贵经验，对其进行静动载试验。

1　工程概况

陈村特大桥是广明高速公路的控制性工程，其跨径在广州地区的矮塔斜拉桥中名列前茅。该桥位于广州市番禺区钟村镇至佛山市顺德区陈村镇一带，上跨陈村水道。主桥为（120+218+120）m跨塔梁墩固结体系预应力砼矮塔斜拉桥，桥宽36m，桥型布置见图1。

图1　陈村特大桥主桥桥型布置及截面位置示意图（单位：cm）

主梁截面形式为变高度、斜腹板单箱三室宽幅式脊骨梁截面，两侧悬臂翼缘板宽7.123m，塔梁固结处主梁根部中心梁高H根=6.5m，跨中及边跨现浇段中心梁高H中=3.5m，梁高按1.8次抛物线变化。箱梁采用C60砼，主塔和主墩墩身采用C50砼。主塔采用独柱式钢筋砼矩形截面，塔高31.8 m，塔身截面纵桥向宽度为5m，在距塔根部11.2m处由5m线性变宽至塔根部6.6m，横桥向保持2.5m等宽。斜拉索采用68对环氧喷涂钢绞线索，设置为单索面（双排索），布置在主梁的中央分隔带处。桥梁按双向六车道设计，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。为了评估该桥的使用性能和承载能力，于2015年2月6—8日对其进行成桥静动载试验，试验主要控制指标见表1。

表1　试验工况设置

2　静载试验

2.1试验工况与控制截面

静载试验的主要测试内容、测试断面（测试点）及加载方式见表1，其中17#～18#跨跨中处主梁A -A截面为活载最大竖向位移、中跨主梁最大正弯矩的控制截面。各截面的位置见图1。经方案优化，静载试验合并为2种工况进行。

2.2荷载效率

根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（简称《试验方法》）的相关要求，结合该桥的实际情况，静载试验荷载主要控制截面（即A-A、B-B和D-D截面）的试验内力与设计控制内力的比值控制在0.8～1.0，各工况下的荷载效率为0.85～0.96（见表2），均满足规范要求。

表2　试验弯矩和试验荷载效率系数

2.3测点布置

主梁挠度测点沿桥面两侧布置，同时在试验桥跨两端无外力干扰的桥面上各布置1个测量基准点，各测点的分布见图2。采用精密电子水准仪对梁体在各级荷载作用下的挠度变化进行观测。

A-A、B-B、D-D截面的应变测点均采用沿截面高度布置的方式，其中A-A截面测点布置见图3。工况1下主塔最大纵向变形测点布置在17#主塔塔顶。

图2　挠度测点布置示意图（单位：m）

图3　A-A截面应变测点布置示意图

2.4试验结果分析

试验结果见表3。试验工况下位移指标的校验系数均满足《试验方法》的相关要求，而应变指标的校验系数均低于《试验方法》所要求的常值范围0.7～1.05。量测主梁的最大挠度，为84.49mm，未超过设计标准的L/500容许值。试验工况下各项位移及应变指标的残余变形系数均小于0.2，满足《试验方法》的要求。

表3　静载试验结果

3　动载试验

3.1模态试验测试结果与分析

桥梁结构的动力特性（如固有频率、振型、阻尼比等）只与结构本身的固有性质有关，而与荷载等其他条件无关。桥梁结构在大地脉动和周围环境的各种扰动下会发生相应的振动响应，模态试验通过在桥梁结构上布置适当数量的加速度传感器（竖向、横向、纵向）拾取结构在环境激励下产生的振动响应信号，然后进行信号采样、信号放大、分析计算、数据拟合等，测定桥梁结构的相关动力特性，从而实现对桥梁结构抗弯刚度的评定。该桥模态试验采用东华DH5922动态测试系统，试验结果采用峰值拾取法进行分析，结果见表4。图4～5为一阶模态的理论计算和实测结果对比。

表4　结构模态参数实测值与理论值

图4　一阶理论计算振型和频率（f=0.53Hz）

图5　一阶实测振型和频率（f=0.55Hz，η=0.81%）

由表4可知：结构前二阶竖弯模态实测频率均比理论值高，阻尼比分别为0.81%、0.75%，相对较小，说明结构的整体刚度满足设计要求，且在小振幅范围内，结构的阻尼比较低。以上测试结果表明桥梁结构振动特性满足设计要求。

3.2行车试验测试结果与分析

结合该桥特点，采用动应变法测量桥梁动力系数。其中无障碍行车试验利用2台载重汽车（重约400kN）在桥面上并列行驶，以10～40km/h的速度通过A-A截面所在的动应变测点，测试结构在行车荷载作用下的动力反应。有障碍行车试验是将高7cm的弓形板作为障碍物放置在A-A截面所在桥面上，模拟桥面的不平整状态，利用2台载重汽车（重约400kN）在桥面上并列行驶，以10～40 km/h的速度通过A-A截面所在的动应变测点，测试结构在桥面不良状态时在行车荷载作用下的动力反应。测试结果见表5。

表5　动载试验动力系数测试结果

从表5可以看出：在同一车速下，有障碍行车试验所得动力系数比无障碍行车的大得多，说明汽车在平整度较差的桥面通过对结构较为不利，在桥梁运营中保持桥面平整顺畅十分必要。

4　结语

综上所述，在试验荷载作用下，陈村特大桥各项主要力学控制指标均基本满足相关规范及设计要求，表明该桥满足设计荷载公路-Ⅰ级的要求。荷载试验所测数据为矮塔斜拉桥这种新型桥梁的结构性能评定、施工质量检验提供了科学依据，也为施工和运营期间墩塔梁固结处等重要部位的监控积累了技术数据。

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