施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定

总第２５９期　交通科技　Ｓｅｒｉａ１　Ｎｏ．２５９　２０１３年第４期　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１３　施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定　孔繁龙　（扬州市航道管理处扬州　２２５００３）　摘　要　为了检验施桥运河大桥成桥后桥梁承载能力是否满足正常使用状况的要求以及评估实　际结构的动力性能，对全桥展开荷载试验分析，研究结果表明，施桥运河大桥的受力性能和正常使　用状态极限承载力满足设计荷载等级公路一ＩＩ级要求，结构工作状况良好。　关键词　施桥运河大桥　钢管混凝土系杆拱桥　极限承载力　动力特性　ＭＩＤＡＳ　为了保证新建桥梁成桥后的正常运营，有必　构分析专用程序Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ对该桥进行结构计　要通过桥梁现场荷载试验对桥梁结构工作状态进　算分析。在设计荷载作用下主桥的弯矩包络值见　行直接测试，以此确定桥梁的实际承载能力。桥　图２，根据活载作用下的内力包络图以及现场可操　梁荷载试验分为静载试验和动载试验　引。　作平台最终确定各控制截面具体位置见图３。　１　施桥运河大桥工程概况　施桥运河大桥主桥为１３２　ｍ预应力钢管混　凝土系杆拱结构，采用刚性系杆刚性拱，计算跨径　Ｌ一１２８．６６　ＩＴＩ，拱轴线为二次抛物线，矢跨比为　１／ｓ，矢高２５．７３２　ｍ；拱肋采用哑铃型钢管混凝　土。桥面标准宽度为１２　１ＴＩ，横向布置为　图２设计荷载作用下弯矩包络图　０．５　ｍ（护栏）＋１　１＂１２（人行道）＋９　ｍ（车行道）＋　１　ｍ（人行道）＋０．５　ｍ（护栏）。设计荷载为公路一　尹　ＩＩ级，人群荷载为３．０　ｋＮ／ｍ　。大桥立面布置见　譬噩　Ｅ　睡　图１。为了检验成桥后桥梁的承载能力是否满足　正常使用状况的要求以及评估实际结构的动力性　图３测试截面位置示意图（单位：ｍ）　能，对全桥展开荷载试验分析。　各测试截面的具体测试内容见表１。　表１各测试截面测试项目表　图１施桥运河大桥立面布置图（单位：ｃｍ）　２荷载试验实施方案设计　２．１计算方法和有限元模型　２．２静载试验方案　该桥横向设计为２个行车道，设计荷载等级　静载试验采用３０　ｔ三轴载重汽车进行加载　为公路一ＩＩ级、人群荷载３．０　ｋＮ／ｍ。。利用桥梁结　进行等效加载，为保证试验效果，试验荷载的大小　和加载位置的选择采用静载试验效率系数珊进　行控制，啪要求在０．９５～１．Ｏ５之间，各截面荷载　收稿日期：２０１３－０３—２４　孔繁龙：施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定　２０１３年第４期　效率系数见表２。　静载试验效率为　Ｓ　，　、　一　而　式中：Ｓ　为静载试验荷载作用下控制截面的内力　计算值；Ｓ为控制荷载作用下控制截面最不利内　力计算值；　为按规范取用的冲击系数。　应力、挠度测点布置见图４、图５。由于桥梁　的测试工况较多，文中仅选取３／４跨截面进行分　析，加载示意图见图６、图７。　图４应力测点布置示意图　图５挠度测点布置示意图　图６工况１车辆平面加载图（单位：ｃｍ）　图７工况２车辆平面加载图（单位：ｃｍ）　各荷载工况的荷载效率系数见表２。　表２各截面荷载效率系数计算表　２．３动载试验方案　动载试验包括车辆激励试验和自振特性测试　试验２部分。　车辆激励试验的测试截面选择在活载作用下　结构应变最大的截面８－８处，布设ＫＤ４００１工具　式动应变计，见图８，采用ＤＲＡ一１０７Ａ数字动态应　变测试仪对跑车、刹车、跳车分别进行测试数据采　集。车辆激励试验加载车型同静动试验。但由于　多辆车无法做到对桥同步激励，所以试验时选择　１辆车进行激励试验。　图８动应变测试传感器布置图　采取脉动法进行自振测试，使用国家地震局　工程力学研究所研制生产８９１一ＩＩ速度传感器作拾　振器，布设在桥面两侧，见图９。放大装置采用与　之匹配的ＤＬＦ－８型四合一放大器，采集器采用东　方所ＩＮＶ３０６ＤＦ智能信号采集处理分析仪，整个　测试系统见图ｌＯ。　图１０脉动试验测试系统组成框图　采用ＤＡＳＰ软件分析系统对测试数据进行　谱分析，根据相关自相关谱、互相关谱、各点相位　及相干系数确定各阶频率。结构阻尼系数用阻尼　比Ｄ　表示为：　Ｄ　一Ｉｎ（　／　）／Ａｆ　（２）　式中：　为第ｎ阶频率；Ａｆ为第ｎ阶半功率带宽　频率。　３试验数据分析　３．１静载试验　结构性能评定根据如下：①按施工图进行计　算得到的理论检算值；②按规范规定的挠度、强度　和裂缝容许值。从校验系数、实测值和理论值的关　系曲线、相对残余变位（或应力）、结构刚度要求等　４个方面来对该桥进行评定，见图１１，１２，表３，４。　：　垂：　１：　巷珈　２５　２０１３年第４期　孔繁龙：施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定　０　５　莹　１Ｏ　１５　２Ｏ　２５　一－　ｇ：　：　：　＝：＝　：；：　：　：　＝：＝　：ｉ＝：＝　：；一－　４　－　１　２０　加载项　ａ）　工况１荷载作用下关键截面应力图　－￣５——８：一＋８５－一２￣一８５－一３一－＊－５８－一４－—ｘ，－　４８－一　＋　４８－一２６￣一８４－一；　－—８４－一３　１　１　２０　加载项　ｂ）　工况２荷载作用下关键截面应力图　图１２　试验荷载作用下腹板应力图　表３试验荷载作用下测点相对残余变形表　表４工况２荷载作用下关键截面应力分析表　由图１１、图１２，表３、表４可知：　（１）在试验荷载作用下，各控制截面挠度实　测值均小于理论计算值，挠度校验系数小于１．０，　结构刚度满足要求。　（２）在试验荷载作用下，控制截面的关键测　点应力值均小于理论值，应力校验系数小于Ｉ．０，　结构强度满足要求。　（３）位移测试控制截面量测的相对残余变形　均在《公路桥梁承载能力检测评定规程》　要求的　２０　范围以内，表明卸载之后结构的变形能够及　时恢复，结构处于弹性工作状态。　３．２动载试验　脉动测试时，分次采集的各测点速度信号，典　型测点时程波形曲线和自功率谱见图１３～图１６。　Ｉ　。　孱一２　时间／ｓ　图１３　１号测点时程波形曲线　频率　ｉｚ　图１４　１号测点自功率谱　４　ｉ　２。　　－２　群　１６０　１７０　１８０　１９０　２００　时间／ｓ　图１５　６号测点时程波形曲线　频率／Ｈｚ　图１６　６号测点自功率谱　根据各测点时域波形图，通过ＤＡＳＰ软件分　析系统进行传函分析和模态拟合，得出主桥的自　振频率和阻尼比见表５。　表５振特性实测值与理论计算值对比表　８　孑Ｌ繁龙：施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定　２０１３年第４期　部分典型动应变时程曲线实测图见图１７，各　工况下实测动力放大系数结果见表６。　表６车辆激励试验结果汇总　ｉ　由图１３～图１７，表５、表６数据可知：　５　１０　１５　２０　２　３Ｏ　３５　时　／ｓ　（１）由模态试验基频和理论计算值对比可以　看出，试验桥跨自振频率实测值略大于计算值，表　明结构的整体刚度较大，满足设计要求。　（２）本次试验桥梁一阶频率实测值为０．７８　Ｈｚ，由于自振频率是结构的固有特性，反映结构　一ａ）　１０　ｋｍ／ｈ跑车时域波形图　ｌ　淑　｛萄　的整体刚度，因此该特征参数可作为今后检查的　个参考指标。　（３）在匀速跑车作用下，各测点的动应变测　时　／ｓ　试数据比较稳定，在刹车和跨越障碍作用下，动应　变测试数据增长较小，表明实际动荷载对桥梁结　ｂ）２０　ｋｍ／ｈ跑车时域波形图　２　构的冲击较小。　４　结语　１　曩　。　１　荷载试验结果表明，施桥运河大桥主桥受力　：　时间　性能和正常使用状态承载能力满足公路一ＩＩ级荷　载等级的使用要求。　参考文献　ｃ）　１０　ｋｍ／ｈ刹车时域波形图　２　１　崔国宏，沈东强，高　丽，等．新保安大桥成桥静动　载试验研究ＥＪ］．铁道建筑，２００７（８）：５－７．　ｉ　０　Ｅ２］　韩艳，陈政清．茅草街大桥动力特性有限元模拟　髫一１　—与分析ＥＪ］．公路，２００３（３）：６６—７０．　２　３　时间／ｓ　［３］　李运生，张博庆，张彦玲．钢管混凝土拱桥空间自振　特性的分析ＥＪ］．石家庄铁道学院学报，１９９７，１０　（４）：２１－２５．　ｄ）１０　ｋｍ／ｈ跳车时域波形图　图１７激励试验下测点应变时域波形图　［４］　ＪＴＧ／ＴＪ２１—２０１１公路桥梁承载能力检测评定规程　［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｌｏａｄ　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｈｉｑｉａｏ　Ｃａｎａｌ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｋｏｎｇ　Ｆａｎｌｏｎｇ　（Ｙａｎｇｚｈｏｕ　Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｈｉｑｉａｏ　Ｃａｎａｌ　ｂｒｉｄｇｅ。ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｈｉｑｉａｏ　Ｃａｎａｌ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｏａｄ　ｇｒａｄｅ—ＩＩ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｑｉａｏ　ｃａｎａｌ　ｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｅｅｌ　ｐｉｐｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ；ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ；　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ：ＭＩＤＡＳ