李磊 王永伟

摘要：利用Midas/Civil对某桥进行结构计算，结合某大桥加固后的实际情况，进行了动静载试验，分析桥梁结构在荷载作用下的应力、挠度、结构的自振特性及在试验荷载作用下的动力响应，确定桥梁的承载能力是否满足正常使用状况的要求，评价桥梁加固效果。

Abstract： Midas/Civil is used to do structural analysis of bridge. According to the actual situation of a bridge after strengthing， dynamic and static load tests are carried out. The stress， deflection， natural vibration characteristics and dynamic response of bridge structure under loading are analyzed， the bearing capacity of the bridge are determined whether meets the requirements of normal service conditions or not， and the strengthing effect of bridge is evaluated.

关键词：桥梁检测;动静载试验;动力特性;加固后评价

Key words： bridge detection;dynamic and static load test;dynamic characteristics;post-strengthing evaluation

中图分类号：U445.7+2                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）14-0068-04

1  工程概况

某桥全长577.32m，14跨，跨径布置为4×30+60+120+60+7×30，主桥为5-7跨，采用预应力混凝土连续刚构桥，左右分幅，设计荷载为：汽车超—20级，挂车—120级，设计车速：100km/h;桥面总宽：26m，桥面组成：0.5m（护栏）+11.5m（行车道）+1.5m（中央分隔带）+11.5m（行车道）+0.5m（护栏）=26m;地震的基本烈度为VI级;设计洪水频率：1/300。

大桥主桥箱梁产生顶、底、腹板及预应力锚固端产生不连续的纵向裂缝，底板产生横向裂缝等主要病害。2017年检测发现第6跨箱梁跨中接缝处梁底横向通长开裂，延伸至两侧腹板以上55～70cm，宽0.1～0.2mm，同时测量箱梁下挠8cm，于是采取了体外预应力加固措施。

加固方案为提高纵向预应力度，防止继续下挠，边跨设置 4 束15.2-19体外预应力索，中跨设置 6 束15.2-19体外预应力索进行加固，同时对裂缝进行注浆加固。施工完成后通过荷载试验对加固效果进行评价。

2  荷载试验目的

为确定桥梁结构在试验荷载作用下的静态参数，观测在试验过程中结构混凝土变形的发展趋势和应力变化规律，进而判断该桥主桥的加固后承载能力是否满足正常使用状况的要求，评价桥梁加固效果。

3  静载试验方案

3.1 试验孔和测试截面的确定

由于该桥主桥为预应力混凝土连续刚构桥，因此选择主桥中跨跨中（横向裂缝位置处）、支点及边跨0.4L截面作为内力和挠度的关键控制测试截面。

3.2 测试内容

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中测试项目的规定和该桥的试验目的，主要选取以下测试项目和控制截面进行静载试验，如图1和表1。

3.3 理论计算

采用Midas/Civil 2017对该桥结构进行计算分析。单幅桥横向布置为3个车行道，计算时采用汽—超20级车道荷载，按3车道布载，并按照规范进行横向折减后与2车道计算结果进行比较，取大值，设计活载作用下的内力包络图，如图2和图3所示。根据实际车重在模型上进行加载计算，在各个汽车试验荷载工况作用下的静载效率见表2。

3.4 测点布置

3.4.1 应力测点布置

为了分析测试控制截面的应力分布规律和受力性能，应变测点做如下布置：箱梁底板的应变测点沿底板横向均布，共4个测点（如图4、图6）;腹板的应变测点距底板10cm，沿腹板竖向均布3个测点（如图5）。

3.4.2 挠度测点布置

在截面1-1、3-3的桥面位置设置挠度测点，布置如图7所示;每一工况加载完成后对全桥纵向线形进行测量，测点布置在边跨和中跨四分点处，布置如图8。

3.4.3 各个工况加载方式

工况1和工况2：5、6号墩跨中截面正弯矩的加载试验，加载分6级，每一级分级加载1辆加载车辆。

工况3：5号墩支点截面负弯矩加载，加载分7级，每一级分级加载1辆加载车辆。

工況4和工况5：4和5号墩箱梁0.4L位置的正弯矩的加载试验，加载分6级，每一级分级加载1辆加载车辆。

4  动载试验

4.1 跑车试验测试方法与测点布置

跑车试验测试截面一般选择在活载的作用下桥梁结构应变最大的截面，根据本桥弯矩包络图的特点，车辆激励试验观测断面应布置在中跨跨中位置，车辆激励试验加载车采用静载试验加载车，见表3。

4.2 脉动试验测试方法与测点布置

加速度传感器布置在桥面两侧，纵向测点布置如图9所示。

5  结果分析

5.1 挠度分析

对主桥的中跨跨中截面、P5墩顶附近截面、边跨0.4L附近截面的挠度和应变，进行了数据测试采集。统计得出挠度校验系数在0.75～0.83之间，相对残余挠度在4.2～11.8%之间，实测挠度值均小于理论挠度值，图10～图13给出了工况一、二、四、五的实测挠度和理论挠度比较图。由图比较可以看出，实测挠度值均小于理论挠度值，挠度最大值小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定;说明大桥主桥试验跨受力后，基本能恢复到初始状态，处于弹性工作状态，主桥挠度能够满足设计荷载（汽超—20）的正常使用要求。

5.2 应变数据分析

该桥主桥试验跨工况一～工况五残余应变测试试验截面的相对残余应变在5.9～16.6%之间，相对残余应变满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》不大于20%的要求。表4给出了该桥主桥梁工况一～工况五的实测应变、理论应变值以及校验系数。由表4可以看出，该桥主桥梁试验跨的实测应变均未超出理论应变，应变的校验系数在0.43～0.84之间，均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中应变校验系数小于1的规定。

5.3 裂缝观测

在加固后裂缝位置，布置裂缝观测仪，观察荷载试验时裂缝并未展开。

5.4 时域波形分析

该桥三跨自东向西每跨四分点均布3个测点，共9个测点，其中第4点（即第二跨自东向西第1个测点）为参考点。信号采集分成两次，第一次采集1、2、3、4（参考）、5点，第二次采集b4（参考）、6、7、8、9点，采集的时域波形及频谱如图14、图15。

5.5 三向振动频谱分析

在参考点位置附近布置三个互相垂直的传感器，分别采集大桥主桥竖向、纵向、横向的振动信号并进行频谱分析，得到三个方向的振动频谱如图16所示，其中测点号1为竖向，测点号2为纵向（行车方向），测点号3为横向。从图中可以看出，光标1处及光标4处（0.95Hz及2.05Hz）横向振动幅值大于其他两个方向，为该桥的横向固有频率;光标2处（1.2Hz）纵向振动幅值大于其他两个方向，为大桥的纵向固有频率;光标3、5、6、7处（1.4Hz、2.5Hz、2.7Hz、3.8Hz）竖向振动幅值大于其他两个方向，为该桥的竖向前四阶固有频率。

5.6 自振频率分析

大桥主桥自振频率实测为1.41Hz，理论计算为1.38Hz，实测为理论计算值的1.02倍，表明大桥主桥桥梁竖向动刚度与理论计算基本吻合。

5.7 振型分析

利用Midas civil2017建立主桥有限元模型，计算第1阶竖向理论振型，如图17所示;同时进行振型拟合，得出实测振型拟合结果，如图18。由图可以看出水磨湾大桥主桥1阶竖向振型实测结果与理论计算结果接近。

5.8 冲击系数分析

根据历程曲线图进行冲击系数分析，各个工况下桥梁实测冲击系数如表5所示。

6  结论

①在试验荷载作用下，各截面测点的实测挠度值均小于理论计算值。②在试验荷载作用下，各截面测点的实测应变值均小于理论计算值。③通过对中跨跨中截面横向裂缝的观测，在试验荷载作用下裂缝无明显发展，桥梁未发现新增裂缝现象。④通过竖向振动频率分析可知，该大桥主桥第1阶竖向弯曲振动频率1.41Hz，为理论计算值1.38Hz的1.02倍，说明主桥竖向动刚度与理论计算基本吻合。⑤实测桥梁第1阶竖向振型与理论计算的第1阶竖向振型相接近，说明大桥的动力特性良好;大桥主桥的阻尼比为1.083%，在桥梁阻尼比的正常范围;桥梁最大冲击系数为0.02，小于《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的计算结果0.05，说明该大桥行车条件较好。

荷载试验是检测加固后桥梁加固效果的最直接有效的方法。本文采用荷载试验检验了实例桥梁的承载能力，通过荷载试验，验证该连续刚构主梁经过体外预应力加固后满足正常使用要求，达到预期加固效果。

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