某变截面连续箱梁桥段静动载试验分析

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2013年第3期西南公路X~ANGONGLU某变截面连续箱梁桥段静动载试验分析张立敏曹岩(1．吉林省交通规划设计院长春130021，2．东北林业大学哈尔滨150040)【摘要】桥梁静动载试验是评价桥梁在正常使用情况下能否满足设计要求的一种主要技术手段。通过对某变截面连续梁桥段进行静动载试验，分析变截面连续梁桥的整体受力状况，评价其使用功能，为以后的变截面连续梁桥的静动栽试验提供理论依据及试验成果。【关键词】连续梁；变截面；静载试验；动载试验【中图分类号】U441~．2【文献标识码】A某桥位于哈同公路佳哈段，其全长507m，桥跨况，本桥的主要试验内容为：布置为4~58m(净)上承式混凝土箱形拱+2x(1)2x54m试验孔跨中断面主梁混凝土应变沿(2x54)m变截面连续箱梁+3x8m钢筋混凝土空心梁高的变化规律；试验孔支点附近断面主梁混凝土板桥，桥面总宽度为12．5m。连续梁段采用C55混凝应变沿梁高的变化规律；土；盖梁、墩身采用C40混凝土；连续梁桥段采用盆(2)跨中断面挠度的测试；式橡胶支座，空心板采用板式橡胶支座。主桥箱梁(3)试验荷载作用下，加载前、加载后及卸载形式为单箱双室断面，主跨中支点高度为3．5m，端时主梁裂缝情况。支点高度2．5m，其问主梁高在纵桥向按直线变化，变根据试验内容制定试验断面的测点布置，选取化段长度30m。箱梁全宽12．5m，其中底板宽7．5m，翼连续梁跨中断面与桥墩支点断面，在跨中断面处布缘板长度为2．5m，翼缘板端部厚度为0．2m，根部为置3个挠度测点，和5个应变测点，在桥墩支点断面0．45m，其问按直线变化。箱梁的顶板厚度为0．25m；处布置5个应变测点。测试断面测点布置情况如图腹板在跨中35．47m范围内为0．45m，向中支点方依1～图3所示。次过度为0．6m、0．75m；底板厚度在跨中为0．22m，上游侧下游侧在中支点根部为0．4m，其中按直线变化。预应力钢束采用标准强度为=1860MPa的15．2低松弛高强度钢绞线。受力钢筋采用HRB335，标准强度为=335MPa，构造钢筋采用R235钢筋，标准强度为．=235MPa。伸缩缝装置分别设置RBZP一80型梳形图1主梁测试断面挠度测点布置图(单位：cm)板伸缩装置和设置RBDX一120型单元式多向变位梳形板伸缩缝装置。桥面铺装采用8cm厚的C50聚丙烯纤维水泥混凝土+10cm厚的聚酯纤维沥青混凝土，在沥青混凝土与防水混凝土间涂刷AE一2—5防水层。图2跨中断面应变测点布置图(单位：cm)该桥公路等级为高速公路，汽车荷载等级为公路I—————级，桥面横坡为双向1．5％。——～{——一1静载试验_-、、1．1试验内容与测点布置、、——————／——————／根据该桥的结构特点及现有技术检查的实际情图3支点断面应变测点布置图(单位：cm)， 张立敏，曹岩：某变截面连续箱梁桥段静动载试验分析1．2加载工况及试验荷载本次试验按公路I级汽车荷载考虑，先根据纵、横向不利布载，计算车道荷载作用下的不利内力效应，然后按内力等效的原则确定试验荷载。本次试验采用配重的汽车荷载进行加载。根据试验内图6工况2纵向加载布置图(单位：m)容本次试验共安排了2个荷载工况(见表1)。1991]I~R2475上游79。7。表1试验工况如表工况加载内容测试内容l偏载时试验孔最大正弯矩跨中断面混凝土应变、挠度及裂缝观察2偏载时试验孔最大负弯矩支点断面混凝土应变、挠度裂及缝观察静载试验加载的充分程度可采用静载试验效率来评价，静载试验效按下式计算：图7工况2横向加载布置图(单位：ClTI)。1-3荷载试验结果与资料分析式中：(1)试验梁跨中断面挠度分析。一静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；在工况l试验荷载作用下，试验孔主梁跨中测试一设计荷载作用下控制截面最不利内力计算值：断面沉降值，即为主梁测试跨中断面挠度的实测卵一按规范采用的冲击系数。值。相对残余变形是评价结构构件承载后弹性工作根据公式计算出各工况静载试验加载效率，结性能的指标，跨中截面挠度的相对残余变形越小，果如表2所示。工况加载布置见图4～7。说明结构弹性工作状况越充分。主梁测试断面挠度表2各工况试验荷载效率表值见表3。工况设计内力值试验荷载内力值加载效率表3工况lg-中断面挠度值与残余变形计算表(kN·m／kN)(kN·m／kN)测试断面跨中。工况1722073781．O2f(mm)18．94O．83工况2722073781．02厶(mm)22．8备注：计入冲击系数1，按《04桥规》计算得：正弯矩效(％)1．O应：1．154；负弯矩效应：1．252。注：一试验荷载作用下挠度实测值；厶一试验荷栽作用下挠度计算值；一挠度校验系数；一相对残余变形表3中数据表明在工况1试验荷载作用下，试验孔主梁的挠度校验系数为0．83，介于《公路桥梁承载能力评定规程》所规定的混凝土预应力梁桥挠度校验系数的常见值0．6～1．0范围内，说明结构的竖向图4工况1纵向加载布置图(单位：1"11)刚度能够满足公路I级荷载的设计和使用要求。相对兰生黑L3黔7黑79L16l9q残余变形均小于5％，表明桥跨结构处于良好的弹性P／2Pi2f2Pf2工作状况。(2)试验梁跨中断面应力应变分析。在工况1、工况2试验荷载作用下，主梁跨中与支点断面的混凝土应变。实测的混凝土应变沿主梁高度程线性分布，满足平面变形假定。根据最小二图5工况1横向加栽布置图(单位：cm)乘法，对试验数据进行处理，得到混凝土应变的最 佳试验曲线。实测混凝土的应变曲线见图8～图9。试验控制断面，试验内容有：‘_，，(1)测试不同车速下汽车荷载的冲击系数；v=一1．9762x十16475R=09937一(2)测试主梁竖向自振频率及阻尼。此次动载试验为了得到以上的试验数据，因此主要进行跑车试验和跳车试验得出。动载试验采用运巧1o。0＼一辆配重的试验汽车作为动力试验荷载，车重35t，用于跑车和跳车试验。动载试验测试时，采用4只．5：941B型速度拾振器，采集和分析系统使用了v微应变(u￡)s=一0．508h+83．753060A一24位网络采集动态测试仪。图8工况l跨中断面混凝土实测应变曲线跑车及跳车试验时在试验孔跨中断面、1／4、3／4断面的桥面下游侧距人行道板边缘50cm附近各设一个竖向速度计。动测测点的布置隋况见图10。一试验孔跨中线200v=3．2619x+17748：09852—60—40—200204060微应变()=3．066h一54．414’敦中线I5墩中线图9墩顶王梁支点断面混凝土买测压变曲线图10动测测点布置图注：(1)应力规定应变以拉为正，以压为负；(2)虚线表示实测应变曲线，实线表示回归曲线。2．2动载试验结果与资料分析根据最佳试验曲线，将应变乘以混凝土弹性模(1)结构固有频率。量，即得到相应测点的混凝土应力，控制断面实测通过利用放置于桥面的速度、加速度拾振器测应力及应力校验系数见表4。得跑车、跳车作用下桥跨结构自由衰减振动的时表4主粱应力校验系数域曲线，对采集到的时间历程波形进行时域及频上缘混凝土(MPa)下缘、惺凝土(MPa)域分析，经分析得到主梁跨中的竖向一阶固有频率工况位置实测值计算值校验系数实测值计算值校验系数厂=2．25Hz，小于按桥规计算的一阶竖向固有频率工况1跨中一1．54-2．080．742．973．020．98厂=2．81Hz。主梁频谱图见图11。况2支点1．882．720．69—1．93-3．O8O．63表4数据表明在工况1、工况2实验荷载作用下，试验孔主梁的上、下缘应力校验系数在0．63～0．98之间，除工况1荷载作用，主梁下缘应力效验系数偏大-f外，其余均介于《公路桥梁承载能力评定规程》所图1l主梁频谱图规定的混凝土预应力梁桥应力校验系数的常见值0．5～0．9范围内，说明结构的竖向刚度能够满足公路(2)结构阻尼分析。I级荷载的设计和使用要求。通过利用放置于桥面的速度、加速度拾振器测得跳车作用下桥跨结构自由衰减振动的时域曲线，2动载试验对采集到的时间历程波形进行时域分析，得到结构2．1试验内容与测点布置阻尼比，阻尼比可按下式计算：动载试验主要是测试结构的固有振动特性及动ln(f／f．)—力响应。对于连续梁可选取试验孔的跨中断面作为一54 张立敏，曹4岩：2某变0截面连续箱梁桥段静动载试验分析式中：挠度校验系数为0．83，介于《公路桥梁承载能力评为结构的阻尼比；定规程》所规定的混凝土预应力梁桥挠度校验系数为结构在i时刻的振幅；的常见值0．6～1．0范围内，说明结构的竖向刚度能够．为结构在i+n时刻的振幅；满足公路I级荷载的设计和使用要求。f和之间共有n个振动周期。根据实测曲线(2)各工况加载时主梁各断面挠度的相对残余计算结构的阻尼比为=0．0035，典型跳车速度一时程变形均小于5％，表明桥跨结构处于良好的弹性工作状况。曲线见图l2。(3)在工况1、工况2试验荷载作用下，试验孔}主梁的上、下缘应力校验系数在0．63—0．98之间，主梁下缘应力效验系数偏大外，其余均介于《公路桥梁承载能力评定规程》所规定的混凝土预应力梁桥iI^应力校验系数的常见值0．5～0．9范围内，说明结构的l竖向刚度能够满足公路I级荷载的设计和使用要求。(4)经分析本桥的一阶固有频率厂=2．25Hz，6JUl214J6J2UZ22426小于按桥规计算的一阶竖向固有频率厂=2．81Hz。图12跨中跳车速度一时程曲线(5)根据实测曲线计算结构的阻尼比为=0．0035。(2)冲击系数分析。(6)各车速下冲击系数的平均值为1．026，最通过对不同车速下测得的梁底位移时程曲线的分析，得到各车速下桥梁的冲击系数，各车速下冲击系大值为1．042，按《04桥规》使用基频计算冲击系数1=1．05，最大值略小计算值。数的平均值为1．026，最大值为1．042，按《O4桥规》使(7)在荷载试验过程中梁下缘无任何结构性裂用基频计算冲击系数1=1．05，最大值略小计算值。缝出现。3裂缝参考文献[1]姚玲森．桥梁1二程[M]E京：人民交通出版社．2011在荷载试验过程中，采用裂缝观测仪仔细检[2]张宏祥，曹岩．简支转连续斜箱梁桥单梁静载试验与分析[J]．低温建筑技查，试验梁在满载时，梁下缘无任何结构性裂缝出现。术2013：35(2)(3]JTG／TJ21—2011．公路桥梁承载能力评定规程[s]4试验结论[4]JTGD62—2004．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[s][5]罗维刚．基于匀速跑车的公路桥梁动力响应分析及性能测试方法研究[D](1)在工况1试验荷载作用下，试验孔主梁的兰州理工大学2007