1. 行业动态

浅谈某钢便桥的荷载试验

随着我国交通事业的不断发展,采用新结构、新材料、新工艺的桥梁结构日益增多,这些桥梁在设计、施工中必然会遇到一些新问题,其设计计算理论或设计参数需要通过桥梁试验予以验证或确定,在大量试验检测数据积累的基础上,就可以逐步建立或完善这类桥梁的设计理论与计算方法。

桥梁荷载试验是测量桥梁在各种荷载工况下的各个控制截面的应力应变及结构的变形,从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符,它是检验结构强度、刚度以及其他性能最直接、最有效的方法。

工程概况:

该桥梁位于上海市浦东新区,为南北走向。桥梁设计荷载为城-A级。桥面横桥向布置:0.30m(栏杆)+6.60m(机动车道)+0.30m(栏杆)=7.20m。

上部结构:钢便桥按结构连续体系设计,钢桥桥面采用I20b@300mm工字钢、8mm花纹钢板焊接成整体,和20cm厚现浇基体化层组成,桥面板与铺装层通过剪力钉进行连接。匝道7米(WZ)采用全工字钢梁结构,由I45b@400构成纵梁、I20b作分配梁组成。

下部结构:钢便桥下部结构采用“钢盖梁+钢管桩”形式,桥台下部结构采用“混凝土桥台+钢管桩”形式。

标准钢盖梁采用三拼或双拼I45b工字钢型钢,标准跨连续梁中位置采用双拼。

桩基采用外径0.63m的钢管桩,壁厚10mm,同时为加强桥墩的横向稳定性选16槽钢剪刀叉强化横向结构,桥墩设置一般采用单排桩,桥台采用梅花桩,伸缩缝及局部加强墩采用双排桩。

桥台采用重力式桥台,桥台宽度2.2m,台后填土高度2m左右,钢管桩采用梅花排列,排距0.6m,钢管桩伸入桥台0.1m,保证钢管桩与混凝土桥台的有效连接,桩头5m范围内填充C30低收缩混凝土,并布置纵向钢筋深入桥台内。

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1.静力荷载试验:

1 、静力荷载试验测试断面

该桥为简支梁桥,主要测试内容有:

① 主梁跨中最大正弯矩断面应力(应变);

② 主梁挠度测试。

2 、静力荷载试验测点布置

① 测试断面布置

该桥为简支静定结构体系,根据其受力特点,选取加载跨主梁的跨中截面(最大正弯矩断面)作为静载试验的测试断面

② 静载试验测点布置

静载试验应力测试断面为跨中断面,测点布置在工字钢梁底面,全桥共计9个测点,应变测点布置见下图。

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2.静力荷载试验荷载:

桥梁静力荷载试验采用2辆加载车进行加载,每辆车总重约600kN。图为载重试验车的轴距、轮距示意图,试验前对每辆车轴重进行地磅称重。

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3.静力荷载试验效率:

静力荷载试验主要是检验桥梁在接近检算荷载的基本试验荷载作用下,其变形及主要受力构件的应力状态,也称基本荷载试验,一般要求试验荷载在结构主要控制截面上所产生的效应与检算荷载所产生的相应效应接近,其表达式为:

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依据《城市桥梁设计规范》(CJJ 11-2011)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004),经试算完好状态下该桥可满足城-A级荷载的安全承载要求,故本次试验期望荷载按该荷载等级考虑。

采用Midas/Civil(2021)进行结构计算,根据《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T 233-2015)中相关要求,静力试验荷载效率应介于0.95~1.05。

4.静力荷载试验加载:

本次试验采用2车道对上部结构主梁进行控制加载。此外,为了掌握结构响应与试验荷载之间的关系,并确保加载过程中桥梁结构的安全,加载工况进行分级加载。

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5.静力荷载试验测试结果及分析:

5.1挠度测试结果分析

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注:①挠度符号:“+”为向下,“-”为向上。

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由上表可知,试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面实测挠度校验系数为0.60~0.67,满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)对校验系数常值小于1的要求,表明该结构的实际刚度满足设计承载能力对刚度的要求。

由上表可知,试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面相对残余变位(挠度)为10.71%~17.89%,小于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中规定的20%,表明该结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态。

5.2应变测试结果分析

在试验荷载作用下各测点应变测试结果见下表。

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注:①应变符号:“-”为受压,“+”为受拉。

试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面实测应变校验系数为0.56~0.76,满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)对校验系数常值小于1的要求,表明该结构的实际刚度满足设计承载能力对刚度的要求。

试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面相对残余应变为0.95%~6.43%,小于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中规定的20%,表明该结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态,测试截面强度满足城-A级荷载等级的正常使用要求。

6.动力荷载试验

1、测试内容

本项目动载试验桥跨选择与静载试验一致。拟测定桥梁结构的自振频率和冲击系数,以验证结构的动力性能是否处于良好状态。通过环境激振法进行桥梁的动力特性测试,测定桥梁结构的自振频率。

2、测试方法

采用脉动法进行自振频率测试,选用东华DH5981动态信号采集仪,该设备内置磁电式速度传感器,大容量可充锂电池组供电,采用无线同步及传输技术,实时采集多测点数据,实时传输数据至计算机,在程序界面窗口实时显示桥梁自振波形,采集结束后进行信号回放处理,在频域和时域中进行谱分析和时程分析。

3、理论分析

采用专业桥梁软件MIDAS Civil进行结构动力特性理论分析,相关数据取值及结构模型与静载试验模型一致。经分析,得到以下结构动力特性值。振型图如下图所示。

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桥梁冲击系数依据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)规定的方法进行计算。

当f<1.5Hz时,         μ=0.05

当1.5Hz≤f≤14Hz时,     μ=0.1767lnf-0.0157

当f>14Hz时,          μ=0.45

一阶自振频率理论计算值为6.260Hz,故冲击系数理论值μ=0.308。

4、测点布置

(1)动力特性测试

按两侧四分点沿纵桥向布置一个桥梁自振特性测试断面。纵桥向测点断面布置见图9.4.1;横桥向设置在左侧车道旁距离路缘石10cm处处布设传感器,分析桥梁在环境随机激振下的振动响应,识别该桥在随机环境中的自振频率。

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5、自振频率测试结果分析

通过脉动试验(环境激励)采集振动数据,试验桥跨各测点的时程曲线和频谱曲线如下图所示。

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由上图可知,第1阶实测频率为10.547Hz,实测频率与理论频率对比分析结果见下表:

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由上表可知,第1阶实测频率值大于理论值,表明桥梁结构的动刚度较高,整体性良好。

静载试验结论:

1、试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面实测挠度校验系数为0.60~0.67,满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)对校验系数常值小于1的要求,表明该结构的实际刚度满足设计承载能力对刚度的要求。

2、试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面相对残余变位(挠度)为10.71%~17.89%,小于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中规定的20%,表明该结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态。

3、试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面实测应变校验系数为0.56~0.76,满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)对校验系数常值小于1的要求,表明该结构的实际刚度满足设计承载能力对刚度的要求。

4、试验桥跨在试验荷载作用下各控制截面相对残余应变为0.95%~6.43%,小于《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)、《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)中规定的20%,表明该结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态。

动载试验结论:

试验桥跨第1阶实测频率值10.547Hz大于理论值6.260Hz,表明桥梁结构的动刚度较高,整体性良好。

综述:

综上所述,该桥等效设计荷载的作用下,强度、刚度均满足设计要求,结构处于弹性工作状态。

参考文献:

[1] 《城市桥梁检测与评定技术规范》(CJJ/T 233-2015)

[2] 《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)

[3] 《混凝土中钢筋检测技术规程》(JGJ/T152-2008)

[4] 《工程测量规范》(GB 50026-2007)

[5] 《混凝土结构现场检测技术标准》(GBT 50784-2013)

[6] 《城市桥梁养护技术标准》(CJJ99-2017)

[7] 《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004)


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