徐宇賢

摘 要：根據(jù)江門市某條快速路上雙塔單索面塔梁固結(jié)連續(xù)體系矮塔斜拉橋交工時(shí)的動(dòng)靜載試驗(yàn)驗(yàn)收，重點(diǎn)介紹該橋梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算、模態(tài)振型分析、試驗(yàn)工況介紹、試驗(yàn)結(jié)論分析等內(nèi)容。通過現(xiàn)場橋梁變位、塔頂偏位、主梁與主塔應(yīng)力狀態(tài)、分級(jí)加載作用下拉索索力增量及卸載后彈性恢復(fù)情況等實(shí)測值與理論值分析比較，結(jié)合地脈動(dòng)測試方法對(duì)該橋的模態(tài)、振型、阻尼比的特征值分析，結(jié)果表明，該橋具有良好的剛度、強(qiáng)度和動(dòng)力特性，承載能力基本滿足設(shè)計(jì)荷載要求。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)體系斜拉橋 動(dòng)靜載試驗(yàn) 撓度測試 應(yīng)變測試 動(dòng)力特性 動(dòng)載試驗(yàn)

1.工程實(shí)例

1.1工程概況

江門市某快速路斜拉橋主橋?yàn)?5+168+95 m雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，結(jié)構(gòu)體系為塔梁固接的三跨連續(xù)體系。主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計(jì)；截面采用變高度、斜腹板單箱三室箱梁；主塔采用單柱PC矩形截面，通過表面結(jié)構(gòu)凸顯立體感。塔高29.00 m，塔身截面縱橋向長度為4.00 m，橫橋向?qū)挾葹?.50 m；索布置為雙排單索面，位于橋梁中間分隔帶。主塔塔根沿縱向設(shè)無索區(qū)，長度分別為38m、26m、28m，梁間距4.00 m，塔間距0.80 m。拉索在塔頂采取鞍座抗滑錨固體系，主梁處為群錨錨固；斜拉索采用環(huán)氧噴涂鋼絞線，規(guī)格分為37φs15.2 mm和 55φs15.2 mm兩種；主墩墩身采用矩形實(shí)心墩，主墩橫橋向?qū)?6.00 m，厚度4.00 m，該橋設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。

1.2試驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，綜合分析判斷橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)活載作用下的承載能力和使用條件，判斷結(jié)構(gòu)受力是否正常及是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。

（3）通過對(duì)新建橋梁的荷載試驗(yàn)，為發(fā)展橋梁設(shè)計(jì)理論和提高施工質(zhì)量。

（4）為橋梁交工驗(yàn)收提供依據(jù)，為橋梁養(yǎng)護(hù)、健康監(jiān)測提供初始數(shù)據(jù)。

1.3理論計(jì)算及測試截面、工況布置

采用橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析軟件進(jìn)行建模，主梁采用空間梁單元進(jìn)行模擬，模型共864個(gè)節(jié)點(diǎn)、727個(gè)單元，計(jì)算模型見圖1。

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果共確定7個(gè)測試截面，見圖2。

結(jié)合上述測試截面，經(jīng)過優(yōu)化合并，該橋靜載試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)工況，具體見表1。

該橋靜載試驗(yàn)是使試驗(yàn)荷載在指定位置對(duì)橋梁進(jìn)行加載，測試橋面縱向、橫向撓度，橋梁控制截面的應(yīng)變?cè)隽?，塔頂變位，索力增量，根?jù)理論計(jì)算結(jié)果與荷載試驗(yàn)結(jié)果比較，以確定橋梁彈性工作性能是否滿足設(shè)計(jì)要求；橋梁是承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)物，日常運(yùn)營過程中我們不僅要研究結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力性質(zhì)，還要研究車輛移動(dòng)荷載引起的車致振動(dòng)，橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是橋梁固有特性，是由結(jié)構(gòu)形式、材料特性決定，與外荷載無關(guān)，本文介紹脈動(dòng)試驗(yàn)對(duì)該橋動(dòng)力特征參數(shù)測試分析。

1.4撓度、應(yīng)變測點(diǎn)

應(yīng)變：在主梁控制截面1#、2#、 3#、4#、7#底板及腹板高度方向翼板每截面布置16個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)，主塔5#截面布置12個(gè)應(yīng)變測點(diǎn)；撓度：①橫向：全橋共布設(shè)30個(gè)橫向撓度測點(diǎn)，分別布置1#、2#、3#、4#、7#截面，每截面設(shè)置6個(gè)撓度測點(diǎn)，②縱向主梁左右側(cè)各布置19個(gè)（共38個(gè)）撓度測點(diǎn)，縱橋向分別位于邊跨4等分點(diǎn)、中跨8等分點(diǎn)；塔頂偏位：在13#墩主塔頂安裝1個(gè)棱鏡，測試塔頂偏位；索力增量：每個(gè)工況選取2根索進(jìn)行索力增量測試。見圖2。采用DT80G靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。

模態(tài)測試：根據(jù)環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法，選取低頻特性好、靈敏度高的壓電式加速度傳感器，選擇合適參考點(diǎn)和測試點(diǎn)，避開橋梁墩頂，塔梁固結(jié)等節(jié)點(diǎn)位置，設(shè)置采樣頻率，采集時(shí)長，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大，記錄，監(jiān)控，通過DHMA軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，得出每階的振型數(shù)據(jù)。全橋共布設(shè)24個(gè)豎向測點(diǎn)，9個(gè)橫向測點(diǎn)，6個(gè)縱向測點(diǎn)分別布設(shè)于護(hù)欄兩側(cè)及塔頂截面，以主梁7#、15～17#測點(diǎn)作為參考點(diǎn)，分2批次進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.5靜載試驗(yàn)結(jié)果

本次以工況4各控制截面應(yīng)變、撓度、塔頂偏位、裂縫監(jiān)測結(jié)果為例介紹。

（1）靜載主梁撓度結(jié)果。工況4滿載作用下，4#截面最大撓度測點(diǎn)4-1實(shí)測彈性撓度48.68 mm，遠(yuǎn)小于橋規(guī)限值（168000/600=280.00 mm）；滿載時(shí)撓度校驗(yàn)系數(shù)范圍0.84～0.91，滿足滿足規(guī)程 的規(guī)定常值范圍0.70 ～1.00，結(jié)果表明主梁剛度狀況良好，卸載后4 #截面各撓度測點(diǎn)相對(duì)殘余撓度介于9.8%～13.1%之間，均小于規(guī)程 規(guī)定的20%以內(nèi)，說明橋梁彈性工作狀態(tài)良好。

圖4、圖5表明橋梁橫向、縱向撓曲線與理論曲線變化規(guī)律基本一致，主要測點(diǎn)實(shí)測值小于計(jì)算值，說明結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度大于理論剛度。

（2）應(yīng)變結(jié)果。工況4滿載作用下，4#、5#截面主要測點(diǎn)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)介于0.73～0.86之間，實(shí)測值均小于理論計(jì)算值，滿足規(guī)程（0.60～0.90）的常值范圍要求，表明4#、5#截面的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）索塔偏位。工況4各級(jí)荷載作用下，13號(hào)索塔塔頂最大縱橋向位移實(shí)測值為10.80mm，卸載后殘余位移0.70mm，計(jì)算值13.74mm，校驗(yàn)系數(shù)為0.74，相對(duì)殘余系為6.5%，均滿足規(guī)程要求，表明13號(hào)索塔剛度符合設(shè)計(jì)要求。

（4）斜拉索索力測試結(jié)果。工況4滿載作用下2根控制索實(shí)測索力增量校驗(yàn)系數(shù)0.86～0.91之間，實(shí)測值與理論計(jì)算值比較吻合，卸載后相對(duì)殘余介于6.5%～9.9%之間，也基本可恢復(fù)，說明結(jié)構(gòu)工作性能良好。

（5）裂縫監(jiān)測結(jié)果。試驗(yàn)前和卸載后，對(duì)4#、5#截面附近進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在裂縫和新增裂縫。

1.6動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于按批次采集的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)采用峰值法做模態(tài)參數(shù)識(shí)別，通過提取平均正則化的功率譜密度曲線上的峰值來確定特征頻率，拾取峰值即可簡單確定豎向自振頻率，統(tǒng)計(jì)各階特征值。

通過模態(tài)測試結(jié)果分析知自振頻率實(shí)測值大于理論值，表明橋梁結(jié)構(gòu)各自由度方向?qū)嶋H剛度均大于理論剛度；主梁1階橫彎頻率（1.159）6階出現(xiàn)在主塔縱彎及橫彎之后，主梁1階豎向扭轉(zhuǎn)頻率1.138 Hz（階數(shù)4）出現(xiàn)在主梁2階反對(duì)稱豎彎（階數(shù)3）后，主塔縱彎頻率0.446Hz（階數(shù)1）出現(xiàn)在主塔橫彎之前，說明主塔的橫向剛度大于縱向剛度。

2.試驗(yàn)結(jié)論

在試驗(yàn)荷載作用下，彈性應(yīng)變系數(shù)處于規(guī)程要求的常值范圍，且有一定富余，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求；索塔縱向位移實(shí)測值、主梁橫向撓度及縱向撓度小于理論計(jì)算值，主塔主塔剛度滿足設(shè)計(jì)活載要求；測索力增量校驗(yàn)系數(shù)滿足規(guī)程要求，卸載后相對(duì)殘余滿足規(guī)程不大于20%的要求，索結(jié)構(gòu)彈性工作性能良好，全過程未出現(xiàn)裂縫，抗裂滿足要求。

由橋梁特征值分析可知，該橋在各自由度方向整體剛度均較大，在運(yùn)營過程中對(duì)車輛的沖擊效應(yīng)不敏感，具有良好的動(dòng)力特性，主梁與主塔質(zhì)量分布和剛度分布與設(shè)計(jì)較為一致。

3.結(jié)語

一般情況下對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的斜拉橋交工時(shí)應(yīng)進(jìn)行動(dòng)靜載試驗(yàn)評(píng)定其力學(xué)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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