变截面预应力混凝土连续刚构桥荷载试验

变截面预应力混凝土连续刚构桥荷载试验

杨正斌

杨正斌

重庆交通大学土木建筑学院重庆400074

摘要：介绍奉溪高速公路寂静特大桥静动载试验的主要内容和方法，并结合理论计算，对该桥梁结构的实测应力、挠度及振动特性进行对比分析。试验结果表明，该桥理论分析和设计计算方法可靠，施工质量优良，桥梁刚度和承载能力满足设计要求。研究结果可为同类型桥梁的设计和成桥试验提供参考。

关键词：静载试验；动载试验

1工程概况

寂静特大桥位于奉溪高速公路重庆奉节段，是其上21座桥梁中最长的，是奉节段控制性工程。

该桥梁于2010年6月开工，历时两年半时间。采用左右分离式布置，左线全长607.1m；右线全长594.5m，最大墩高104m。主桥上部采用预应力混凝土变截面连续刚构，引桥上部采用先简支后连续的预应力混凝土T型梁桥；主桥下部采用双薄壁与整体箱相结合的组合式桥墩，钻孔灌注群桩基础，引桥下部采用薄壁和柱式两种桥墩，基础采用钻孔灌注桩。

2试验内容

1）静载试验。主桥控制截面在试验荷载（正载）下的挠度、应变；主桥控制截面在试验荷载（偏载）下的挠度、应变、偏转；各工况试验荷载下的裂缝观测。

2）动载试验。桥梁自振频率、振型与阻尼比；汽车荷载冲击系数。

3试验方法

3.1结构表观检查

试验前、后分别对各控制截面处进行外观检查，主要检查裂缝的出现和扩展情况。观察主梁在试验荷载作用下是否有裂缝产生。若有则记录裂缝产生部位、长度、宽度、间距、方向和形状，以及卸载后的闭合情况。

3.2应力、应变和挠度测试

根据各控制截面的控制内力，依影响线按各工况依次加载，在箱梁各控制截面顶板、底板、腹板以及桥墩上截面布置应变测点，测量各测试截面各测点的应变大小，并计算其相应的应力及主拉应力。各截面应变测试数据由静态数据智能采集系统采集，同时采集施工监控中埋设的传感器数据。

全桥主梁应力、应变和挠度测试截面为J1、J2、J3、J4，各测试截面位置如下图所示，

图1寂静桥立面图、应变（应力）测试截面及编号示意图（单位：cm）

4静载试验结果及分析

后河大桥是空间曲线连续刚构桥，采用空间有限元分析软件建立全桥有限元模型进行分析计算。

4.1线形测量

根据设计和施工阶段，全桥共分31个测量断面，62个测量点。

从成桥线形测量结果与设计高程对照，可得出成桥高程普遍高于设计高程，其范围分布于-0.020～0.155m区间范围内，大致趋势为：除巫溪岸边跨伸缩缝处测点较设计值稍低外（最大值0.02m），其余测点实测值均高于设计值，每跨增值从支点向跨中逐渐增大，主跨跨中最大，都属于允许范围以内。

4.2挠度测量

测量各工况荷载作用下，控制截面竖向挠度测量值，并与理论计算值进行比较。从实测数据（从略）可以看到，在试验荷载作用下，各工况挠度校验系数在0.218～0.950范围内，各测试截面主要测点实测挠度值均在正常范围内，较理论计算挠度值小；各挠度测点相对残余在-19.5%～17.8%范围内，均小于20%，表明结构变形恢复较好，在试验加载过程中呈弹性工作状态。

4.3应力测量

1）应变片测量。在各个工况下分别进行采集数据，然后与理论数据对比分析。

2）传感器测量。试验过程中同时采集了应力传感器（钢弦传感器和光纤传感器）的读数，并与理论值进行了对比分析。

3）测量结果。从实测数据（从略）可以看到，在工况1、5试验荷载作用下，J1截面顶板及底板应变测点实测值横向分布曲线较为平顺，应变实测值符合截面受力特点，实测应变均小于计算值。校验系数在0.222～1.000范围内，应力状态正常；卸载后，各测点的相对残余应变在-16.7%～18.2%范围内，均小于20%，均满足《大跨径混凝土桥梁试验方法》有关条例的规定。

5动载试验测量结果及分析

桥梁动载试验是通过分布在不同位置的传感器采集速度或动应变信号，利用屏蔽导线输入信号采集系统进行采集、储存，然后对储存的信号进行处理，选择其中的有效信号进行分析，得到桥梁结构的自振频率、阻尼比、动应变及冲击效应等参数的实测值。

在中跨跨中截面及中跨L/4截面处采用跳车试验使桥梁产生按指数规律衰减的自振信号。试验中，采用高灵敏度拾振器拾取结构振动信号并由微机采集和记录，通过分析计算即可得到结构的固有频率和阻尼比。时域分析采用数字带通滤波分离各阶频率信号；频域分析采用细化算法以提高频率的定位精度。表1为结构竖直方向动力特性检测结果汇总。

桥梁自振特性检测结果汇总表表1

可以看出，主桥两幅实测频率均大于计算频率，表明实桥刚度较大。

本次跑车试验采用2辆重车匀速通过桥梁，具体跑车工况的车速分别为30km/h、35km/h、40km/h、50km/h、60km/h，试验表明，中跨L/4截面最大振幅（振动加速度）为0.06m/s2（40km/h跑车），中跨跨中截面最大振幅（振动加速度）为0.07m/s2（35km/h跑车），跑车试验振动加速度幅值正常。

跳车试验数据（从略）表明：中跨L/4截面跳车试验，L/4截面最大振动加速度为0.04m/s2；中跨跨中截面跳车试验，跨中截面最大振动加速度为0.18m/s2；跳车引起的振动幅值较小，振动加速度幅值正常。

6结语

通过寂静特大桥的荷载试验，可以得到以下结论。

1）曲线桥在试验以前进行准确的线形测量是非常必要的。它既可以为试验数据的采集奠定基础，又可以检验施工过程中掌握线形精度的程度。

2）试验准备过程中，偏载和正载的加载位置一定要慎重考虑，切实达到最不利荷载点。

3）偏载加载过程中，特别注意桥面两边对应点的高差，对引起高差误差的各个因素要进行慎重分析，在观测过程中，严格禁止有任何荷载的移动（包括工作人员），尤其是横向移动。

综合分析，该曲线连续刚构桥在各静、动载工况下，最不利截面的应力、位移及结构整体特征的

实测值与理论计算值吻合良好，均符合《大跨径混凝土桥梁试验方法》规定。桥梁结构具有足够的强度和刚度，可满足正常使用要求。本文对同类曲线连续刚构桥梁荷载试验具有参考价值。

参考文献：

[1]曾凡奇.基于静载试验的桥梁结构状况评价[I]。湖南交通科技.2007，33，（1）：97-99.

[2]陈大川，卜良桃.某公路桥承载力评估分析及加固方法[J].中南公路工程，2006，31，（6）：85-89

作者简介：

杨正斌，1990年10月，研究生，研究方向：桥梁结构动力、稳定性及空间非线性分析。