大跨径连续刚构桥荷载试验及计算分析 惠兴智 （山西省交通科学研究院，山西太原０３０００６） 摘要：对大跨连续刚构桥荷载试验方案及其计算 １桥梁荷载试验原理 进行了分析。首先，对桥梁荷载试验原理做了简 要介绍；又以某大跨连续刚构桥为依托，对其静载 试验和动载试验方案做了阐述；最后，采用有限元 计算软件对静载试验及动载试验相关指标进行了 初步分析。 关键词：连续刚构桥；静载试验；动载试验；试验 方案；计算分析 中图分类号：Ｕ４４８．２３；Ｕ４４６．１ 文献标识码：Ａ Ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ＨＵＩ ｘ ｇ—ｚｈｉ （Ｓｈａｎｘｉ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｘｉ Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００６ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ；Ａｎｄ ｔｈｅｎ， ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｅｓｔｓ ａｒｅ ｓｔａｔｅｄ； Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＦＥＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ；ｓｔａｔｉｃ ｔｅｓｔ； ｄｙｎａｍｉｃ ｔｅｓｔ；ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ 引言 桥梁荷载试验是对桥梁结构物直接加载后进行 有关测试、记录与分析，包括试验准备、理论计算、现 场试验与试验结果分析等过程，进而了解桥梁结构在 试验荷载作用下的工作状态，进而评估桥梁结构的施 工质量和使用状况，为竣工验收和进一步研究提供依 据。目前，国内外学者对桥梁荷载试验做了大量的理 论研究和工程应用 Ｊ。 收稿日期：２Ｏ１４—ｏ４—０３ 作者简介：惠兴智（１９８４一），男，陕西榆林人，工程师。 １．１桥梁静载试验原理 首先对于被试验的桥梁，需要把桥梁的实际结构转 化成简单的力学模型，然后通过数学的方法对力学模型 进行数学模型的转化，利用数学方程式求解荷载作用下 桥梁结构的内力，从而判断桥梁的实际承载能力 ］。 １．２桥梁动载试验原理 桥梁动力特性测试主要有两种方法：（１）人工激 励测试法；（２）环境随机振动测试法。实际工程中采 用桥面跳车、跑车的人工激励方式，用仪器记录结构 自由振动的频率传递函数，并由此识别出模态参数， 包括频率、阻尼比。而环境随机振动测试法近来广为 应用，它利用传感器及数据采集系统测读并记录风 载、交通荷载及其它环境激励引起的振动，进而借助 现代随机振动理论的数据处理方法（如谱分析法）来 分析得到结构频率、振型及阻尼比等模态参数 。 ２工程概况 某连续钢构大桥桥跨布置为９０ ｍ＋１６０ ｍ＋ ９０ ｍ，主梁高９．０ ｍ，底宽７．０ ｍ，桥面宽１３．０ ｍ，横向 布置为：０．５ ｍ（护栏）＋１２ ｍ（行车道）＋０．５ ｍ（护 栏）。设计荷载标准：公路一Ｉ级。 ３试验方案 ３．１试验内容 本桥试验选择桥梁测试跨位及测试截面的原则：根 据桥梁的结构形式计算其最不利受力截面；桥跨施工质 量较差、缺陷较多或病害较严重；桥跨便于搭设脚手架、 设置测点和实施加载。根据以上原则选择主桥边跨最大 活载拉应力截面、中跨最大正弯矩截面（主桥主跨跨中截 面考虑避开跨中合拢段劲Ｉ生骨架Ｑ ５０ ｍ，即：测试截面向 大桩号方向偏移１．５０ ｍ）、中跨１／４截面以及３｝｝墩顶最大 负弯矩截面（墩顶截面考虑避开０挣块与ｌ＃块接头位置， 偏离横隔板外缘１．５０ ｍ，即：测试截面选择墩桥中心线向 中跨跨中方向偏移５．５０ ｍ处）为控制截面。 ３．２静载试验 ３．２．１静载试验效率 试验所用荷载根据设计标准活载在该试验工况 一５１— 惠兴智：大跨径连续刚构桥荷载试验及计算分析 （３）结构的动力系数分析 由动应变的实测时程曲线，通过分析计算可得到 桥梁结构的动力系数，结构的动力系数计算公式： ６…＝ ＝Ｔ— ……………・（２） ｕｍ “— （｜ｓ ＋ＪＳ ） 之间；表明桥跨结构实际整体刚度大于理论刚度，与 静载试验挠度测试结果相符，且频率分布与理论计算 相符；前四阶竖向模态阻尼比介于０．００４ ４～０．０１２ ７ 之间，属于小阻尼振动，处于同类桥型结构正常范围。 分析１０ ｋｍ／ｈ、２０ ｋｍ／ｈ、３０ ｋｍ／ｈ、４０ ｋｒｎ／ｈ、５０ ｋｍ／ｈ 不同匀速跑车试验数据可知，１／２截面实测动力系数 式中：Ｊｓ 一动力荷载引起检测部位的实测最大 动力变形或力值（即最大波峰值）；Ｓｍｏｇ．一静力荷载引 介于１．０１４～１．０２４之间，Ｉ／４截面实测动力系数介于 １．０１２～１．０４２之间，均小于规范取值１．０５０，说明桥跨 起同一检测部位的实测最大静力变形或力值，Ｓ… ＝ １ ‘， 结构冲击效应较小，桥梁行车性能良好，桥面平整程 跳车工况实测 ÷（ｓ…＋ｓ…）；ｓ 为与Ｓｍａｘ相应的最小值，即同一周 度良好。跳车试验数据分析结果表明，期的波谷值。 分析本桥各跑车、跳车、刹车试验工况下１／２截面 及１／４截面动挠度测点的动挠度实测结果计算得出结 桥梁一阶自振频率与跑车工况跑车余振信号实测值 较为接近，且均大于桥梁理论计算固有频率。 ３０ ｋｒｎ／ｈ￣ｉＪ车试验结果表明，刹车工况实测动应变值 构的动力系数见表５。 通过脉动试验结果分析，桥梁实测前４阶自振频 率分别为１．２４５ Ｈｚ、２．１２４ Ｈｚ、２．５１５ Ｈｚ、３．２７１ Ｈｚ，前 及动挠度幅值均较小，刹车后振动持续时间较短，说 明车辆在桥面紧急制动后，控制截面的竖向振幅较 小，且收敛较快。 四阶竖向固有频率与理论频率比值介于１．０６～１．１２ ．．———５４．．－—— 山东交通科技 ２０１４年第５期 ５ 结语 ［３］ Ｖａｒｅｌａ—Ｏｒｔｉｚ Ｗ，Ｃｉｎｔｒ６ｎ Ｃ Ｙ Ｌ，Ｖｅｌｒｚｑｕｅｚ Ｇ Ｉ，ｅｔ ａ１． 通过理论计算、静载试验和动载试验的分析结果 Ｌｏａｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ＧＰＲ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｒｉｄｇｅｓ ｏｎ 可以得出，该桥承载力、挠度等指标符合标准要求，达 ｍｉｌｉｔａｒｙ ｉｎｓｔｌａｌａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， 到正常使用的范围；动力特性正常；该桥可以交付 ２０１３，３８：１２５５—１２６９． 使用。 ［４］Ｚｈａｏ Ｑ Ｙ，Ｗａｎｇ Ｌ，Ｙｕ Ｓ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｌｏａｄ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｒａｍｐ Ｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２０１３，３６１：１１０１—１１０４． 参考文献： ［５］ 陈增顺，张承，向程龙等．重庆某桥加固后荷载试验 ［１］ Ｆｒ ｂａ Ｌ，Ｐｉｍｅｒ Ｍ．Ｌｏａｄ ｔｅｓｔｓ ａｎｄ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ 分析［Ｊ］．四川建材．２０１３（４）：１３７—１４０． ｂｒｉｄｇｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００１，２３（１）：１０２ ［６］ 白雨．大跨度系杆拱桥荷载试验研究［Ｄ］，成都：西 —１０９． 南交通大学硕士学位论文，２０１２． ［２］ Ｃｕｎｈａ Ａ，Ｃａｅｔａｎｏ Ｅ，Ｄｅｌｇａｄｏ Ｒ．Ｄｙｎａｍｉｃ ｔｅｓｔｓ ｏｎ ［７］ 刘秀珍．多跨连续刚构桥的结构分析［Ｊ］．山西交通 ｌａｒｇｅ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ， 科技，２０１２（６）：６４—６５＋６８． ２００１，６（１）：５４—６２． （上接第４５页） 参考文献： ［６］ 刘占彪，吴强．低能力强夯联合井点降水在某工业厂 ［１］ 郑刚，龚晓南。谢永利，等．地基处理技术发展综述 房软土地基处理中的应用［Ｊ］．岩土工程界，２００６，９（３）：８１ ［Ｊ］．土木工程学报，２０１２，４５（２）：１２７—１４６． —８２．８６． ［２］ 郝毅庆．水泥深层搅拌桩加固软基工艺优化及质量 ［７］ 交通部公路科学研究员．公路冲击碾压应用技术指南 控制［Ｊ］．山西交通科技，２００２（４）：９—１０＋１８． ［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００５． ［３］ 刘司坤．强夯法处理高速公路砂土液化地基的实践与 ［８］ 李廷刚．冲击碾压加固吹填粉细砂地基机理及应用 理论研究［Ｄ］．天津：河北工业大学，２００２． ［Ｊ］．北京科技大学学报，２０１０，３２（４）：５３６—５４２． ［４］ 李卫国，丁万强．井点降水联合低能量强夯技术在软 ［９］ 谭鹏，杨戈，吕奋，等．冲击碾压处理滨海粉细砂地基 土地基处理工程中的应用［Ｊ］．港工技术，２０１０，４７（４）：４９— 试验研究［Ｊ］．同济大学学报（自然科学版），２０１４，４２（２）： ５０．５７． ２６６—２７１． ［５］ 刘嘉，罗彦，张功新，等．井点降水联合强夯法加固饱 ［１Ｏ］ 叶观宝，刘青，陈忠清，等．冲击碾压冲击能量及有效 和淤泥质地基的试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００９， 加固深度分析［Ｊ］．工程勘察，２０１４（３）：１６—１９． ２８（１１）：２２２２—２２２７． 一５５—