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沈阳市北海高架桥(新桥)结构检测要点探讨

2019-11-29史庄重

农家科技下旬刊 2019年10期
关键词:静载试验桥梁

史庄重

摘 要:桥是土木基础设施工程中的构造物,作为工程实体,必须由它的承重骨架来承受各种外荷载作用。一般把构造物的承重骨架组成部分统称为结构。通过桥梁荷载试验,记录桥梁在荷载作用下的结构反映,为桥梁结构技术状况评定提供科学依据和支持。本文就沈阳市北海高架桥(新桥)结构检测要点进行叙述。

关键词:桥梁;静载试验;动载试验

北海高架桥新桥为既有北海高架桥加宽,建于2012年,本桥共41跨,跨径布置除沈吉铁路跨线处,与现状高架桥跨径一致(跨径为20.6m和19m)。本桥上部结构为普通钢筋混凝土连续箱梁结构形式,连续箱梁采用C40混凝土,截面为单箱双室断面。受力钢筋最小保护层厚度为40mm。桥墩采用混凝土强度等级为C40的混凝土。桥墩頂部设置帽托和墩帽。桥台采用C40混凝土。桥台均为钢筋混凝土一字式桥台,在桥台外侧设置翼墙。台后填砂性土。桥墩基础为钻孔灌注桩基础,桩径1.5m,桥台桩长22米。

一、静载试验

桥梁静载试验主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下各控制截面的应变、结构变形以及裂缝的发展情况等,从而确定桥梁结构实际工作状态与设计期望值是否相符,它是检验桥梁性能及工作状态最直接、最有效的办法。

在静载试验前运用桥梁计算专用软件对桥梁构模。在建模中考虑桥梁普查和专项检查的结果,将计算模型及相关参数进行适当调整,使模型能真实反映桥梁结构现状。在此修正模型基础上进行运营荷载组合计算,得到相应不利断面,并结合桥梁普查情况,确定试验和检测断面。试验前计算出各控制断面的内力影响线,根据影响线进行静力加载计算,计算结构在试验荷载作用下相应测试断面应变和变形。通过理论计算结果与荷载试验结果进行比较,从而判定结构承载能力是否满足现阶段营运安全要求。

1.静载试验理论计算

本次选取4×19m连续梁(第38-41联跨)作为本次检测试验联跨。本跨结构分析采用桥梁结构分析通用程序 “Midas/Civil”进行计算。

2.试验加载原则

静载试验依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)的相关规定进行。试验各工况下所需加载车辆的数量和轮位布置,根据设计标准活荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得:

0.95≤η=Sstat/S(1+μ)≤1.05

式中,η——静力试验荷载效率;

Sstat——试验荷载作用下,某工况计算效应值;

S——设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某试验工况的最不利计算效应值;

(1+μ)——设计计算取用的动力系数。

3.试验加载设计

工况1:对1#断面最大正弯矩加载,加载效率0.97。工况2:3#断面最大正弯矩加载,加载效率0.96。工况3:2#断面最大负弯矩加载,加载效率1.03。

4.结果分析

在工况1荷载作用下测试断面应变实测值结构校验系数在0.63~0.67之间,测试断面变位实测值结构校验系数0.54~0.56之间,卸载后,测试断面各测点的相对残余应变率均小于20%,表明处于弹性工作状态。

在工况2荷载作用下测试断面应变实测值结构校验系数在0.67~0.72之间,测试断面变位实测值结构校验系数0.60~0.64之间,卸载后,测试断面各测点的相对残余应变率均小于20%,表明处于弹性工作状态。

在工况3荷载作用下,跨中测试断面应变结构校验系数在0.56~0.58之间,均小于1,表明处于弹性工作状态。

综上所述:结构的承载能力满足要求。

二、动载试验

1.脉动试验结果及分析

脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的传感器,长时间记录桥梁结构在环境激励下,如风、水流、地脉动等引起的桥梁振动,然后对记录下来的桥梁振动时程信号进行处理并进行时域和频域分析,求取桥梁结构自振特性的一种方法。脉动试验假设环境激励为平稳的各态历经过程,在中低频段,环境振动的激励谱比较均匀,在环境激励的频率与桥梁的自振频率一致或接近时,桥梁容易吸收环境激励的能量,使振幅增大;而在环境激励的频率与桥梁自振频率相差较大时,由于相位差较大,有相当一部分能量相互抵消,振幅较小。对环境激励下桥梁的响应信号进行多次时程曲线的平均分析,可得到桥梁的各阶自振频率,再利用各个测点的振幅和相位关系,可求得桥梁各阶模态相应的振型。

对脉动试验信号进行时域和频域分析,得到该桥竖向振动一阶频率实测值为6.641Hz,有限元计算频率为5.323Hz,实测值与理论计算值的比值大于1.1,评定标度为1,说明桥梁竖向整体刚度满足设计要求。

2.受迫振动试验结果及分析

(1)跑车试验的测试内容主要是试验车辆匀速过桥时桥梁动力响应。该桥试验联跨跑车试验为1辆350KN重汽车以每小时20km/h、30km/h、40km/h的速度驶过全桥。跑车试验时测量试验联跨振幅响应及冲击系数。

(2)跳车试验是模拟汽车越过障碍物试验,在试验联跨跨中位置放置减速带,一辆350KN重试验载重汽车以10km/h的车速跨过减速带,测量各测点振幅和桥面板在竖向冲击荷载下的强迫振动响应和频率。

(3)由桥梁强迫振动时程曲线分析得到的各测试工况的冲击系数

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015),冲击系数的取值为:

当f<1.5 Hz 时          μ=0.05

当1.5 Hz

当f>14 Hz 时           μ=0.45

式中 f-为结构的基频(Hz)。

该桥上部结构的冲击系数的理论计算值为0.28,结构在跑车、跳车激励作用下的冲击系数均小于理论值,结构在动荷载作用下产生的动力响应与理论值较接近。

(4)该桥的实测阻尼比为0.049,由起始波和终止波计算出阻尼比为0.049,在正常范围1%—10%之间。

三、结语

通过对测试结果的综合分析,掌握桥梁的技术状况,确定桥梁的使用条件,可以有效保证桥梁结构物使用的安全性和耐久性。此外桥梁试验检测技术是大跨径桥梁施工控制,新桥型结构性能研究,各类桥梁施工质量控制和评定工作的重要工作,认真做好桥梁试验检测工作,对推动我国大跨径桥梁建设水平,促进桥梁工程质量水平提高具有十分重要的意义。

参考文献:

[1]中华人民共和国行业标准. CJJ 99-2017 城市桥梁养护技术标准.中国建筑工业出版社,2018.

[2] 中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/T J21-01-2015 公路桥梁荷载试验规程.人民交通业出版社,2016.

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