王 震，赵 青

(安徽建筑大学土木工程学院,安徽 合肥 230601)

0 引 言

随着社会经济的快速发展，人们对于桥梁﹑公路等基础设施的要求也在不断的提高，而桥梁作为交通系统的咽喉，是江河悬崖等特殊地段可以通行的关键[1-2]。为了解新建桥梁的结构性能和承载能力，检验桥梁设计与施工的质量，保证运营时的安全，需要对桥梁进行检测，分析得出桥梁的结构性能指标，判断其相关性能是否达到安全通行的要求[3-4]。

1 工程概况

该桥桥面宽度为24.5 m，具体布置为：2×[0.5 m(护栏)+10.75 m(行车道)+0.75 m(护栏)] +0.5 m(中央分隔带)，双向4车道。主桥长220 m，上部结构为四跨一联(40+70+70+40)m变截面连续箱梁结构；采用实体式桥墩，矩形承台，钻孔灌注桩基础；主桥和引桥的材料使用标号为C50的混凝土。设计荷载等级：公路-Ⅰ级；设计的行车速度：80km/h。现对其进行动静载试验，为桥梁竣工验收提供参考，并为以后的状态评定提供原始数据。

2 有限元模型

根据设计图纸，采用桥梁结构分析软件midas/civil建立结构分析模型，其中将箱梁结构用梁单元进行模拟，选择5个截面，分别为墩顶-跨中截面，横隔板截面，跨中-墩顶截面，墩顶截面，跨中截面，材料为C50混凝土，下图展示模型箱梁部分，如图1所示[5]。

图1 有限元模型图

3 静载试验[6-8]

3.1 静载试验原理

静载试验原理是通过在桥梁的指定位置，施加静止的标准荷载或者标准设计荷载的等效荷载，以测定应变，挠度等数据，并通过荷载效率和效验系数对桥梁的相关情况进行判断。

3.2 测试截面选择

由于该桥主桥是四跨一联(40+70+70+40m)预应力混凝土变截面连续箱梁桥，试验联跨段的确定按以下原则考虑：(1)在这段桥跨中，桥跨的受力较为不利，可以得出较不利位置的试验结果；(2)桥梁各跨结构相似，试验桥跨具有一定的代表性，其试验结果可以代表其他同类桥跨的性能；(3)试验桥跨便于进行荷载的布置。

通过有限元软件模拟出主桥的弯矩包络图，如图2所示。由主桥弯矩包络图可知，连续梁桥沿桥跨纵向正弯矩以跨中作为控制、负弯矩以墩顶支座作为控制，从而确定第2孔跨的三个主要控制截面，即第2孔跨的墩顶负弯矩，L/4截面，跨中正弯矩三处，如图3的A、B、C三个截面所示。

确定五种试验工况，工况一：A截面处梁最大内力的加载试验；工况二：B截面处梁内力的加载试验；工况三：C截面处梁最大内力的加载试验；工况四：B截面处梁挠度的加载试验；工况五：C截面处梁最大挠度的加载试验。

图2 标准荷载作用下主桥弯矩My包络图

图3 试验联第二孔跨各测试控制截面位置图 (单位：m)

3.3 截面测点布置

主梁每个正弯矩控制截面布置2个应力(应变)测点，负弯矩控制截面布置2个应力(应变)测点，在两侧距防撞栏杆底座边缘处布置挠度控制测点。测点布置如图4所示。

3.4 试验荷载及其布置

试验使用满载后重量为402kN的汽车进行加载，车辆前轴重均值60kN，后轴重均值342kN。一共有五种试验工况，工况一采用三级加载的方式，加载车辆逐级增加，分别为四辆车﹑六辆车和八辆车；其余四种工况均按照二级加载，第一级加载布置两辆车，第二级加载布置四辆车。

3.5 静载试验数据

3.5.1 试验荷载效率分析

列出工况一到工况五试验荷载下的计算值和标准活荷载下的计算值，计算得出试验荷载效率，结果如表1所示。

表1 试验荷载效率

3.5.2 应变分析

采用DH3819无线静态应变测试系统进行该桥的应变检测，选取工况一至工况三中的几组数据进行实测值与计算值的比较，并计算得出残余变形和应变效验系数。结果如表2所示。

表2 应变结果评定表

3.5.3 挠度分析

挠度检测仪器采用北京光电技术研究所BJQN-V桥梁挠度仪。选取工况四和工况五中几组数据进行实测值与计算值的对比，计算得出挠度效验系数，截面挠度数据如表3所示。

表3 挠度结果评定表

4 动载试验

4.1 动载试验原理

动载试验主要测定试验桥跨的频率，振型，冲击系数，阻尼比等，实测数据通过脉动试验和刹车试验测试得出，理论数据通过桥梁结构分析软件midas/civil模拟得出，最终将实测值与理论数据进行对比，从而对桥梁动力性能进行分析。

4.2 测点布置

由于桥梁结构竖向振动的结构特点，将该联传感器主要布置在试验梁段的支点附近、L/4截面、L/2截面和3L/4截面。第一跨支点附近设置固定测点，第一跨L/4截面处设置移动测点，其余三跨的L/4截面处设置固定测点，第一跨至第四跨的L/2截面处和3L/4截面处均设置移动测点。

4.3 动载试验方案

刹车试验：用一辆和并行的两辆载重汽车(每辆重约400kN)以20km/h、30km/h的速度匀速行驶到指定测试断面时进行紧急刹车。

脉动试验：通过采集试验桥跨在桥址环境随机荷载作用下的振动信号，利用测试系统的信号分析处理功能对采集到的振动信号进行频谱分析。

4.4 动载试验数据

4.4.1 刹车数据分析

通过试验可以得出，在20km/h的刹车曲线中，所测微应变最大值为24.320，最小值为-4.226。在30km/h的刹车曲线中，微应变最大值为23.979，最小值为-7.362。

4.4.2 冲击系数分析

由试验中测得的相关数据可得该桥的冲击系数，冲击系数结果为1.017。

4.4.3 模态数据分析

经数据处理，可得该桥结构动力特性值(振动频率，阻尼比)等数据，见表4所示，其一阶至三阶实测振动模型与理论振动模型如图5所示。

图4 A、B、C截面弯曲应力和挠度测点布置图

表4 频率及阻尼比

图5 前三阶实测振型和理论振型

5 结 论

(1) 在静载试验中，通过试验所得数据可以得出，试验荷载效率在0.95～1.03之间，根据《公路桥梁荷载试验规划》可知，桥梁的试验荷载效率应当介于0.85～1.05之间，显然符合要求；各控制测量截面卸载后残余值较小，说明桥梁的受压后变形恢复能力较好，应变校验系数在0.39～0.74之间，挠度校验系数在0.51～0.73之间，说明桥梁的弹性性能良好，能够满足设计要求。

(2) 在动载试验中，通过软件对该桥梁的模态进行模拟，结合试验所测得的实际值，可得其一阶实测频率为1.563Hz，一阶理论频率为1.469Hz，二阶实测频率为2.441Hz，二阶理论频率为2.419Hz，实测值皆大于理论值，且各阶竖弯模态实测振型与理论振型非常吻合，冲击系数为1.017，说明该桥试验跨整体刚度较好，有较强的抗冲击性能。

(3) 试验桥跨结构处于弹性工作状态，具有良好的刚度，且动力性能较好。