连续弯桥的静动载试验分析

邵样林

【摘要】桥梁检测是保证桥梁安全运营的重要手段，桥梁静载试验和动载试验能够了解桥梁实际工作状态和承载能力。本文结合某城市立交互通A匝道桥静动载试验，实测荷载作用下控制截面应力和变形情况，分析和判断桥梁结构的动力特性，为桥梁的安全使用提供依据。根据桥梁荷载试验的结果，对该桥的承载力进行评定，为同类桥梁检测评定提供参考。

【关键词】静载试验；动载试验；承载能力

Staticanddynamicloadtestanalysisofcontinuouscurvedbridge

ShaoYang-lin

【Abstract】Bridgedetectionisanimportantmeanstoensurethesafetyofbridgeoperation，thebridgestatictestanddynamicloadtesttounderstandtheactualworkingstatusandcarryingcapacityofbridge.BasedonAcertaincityinterchangesasArampbridgestaticanddynamicloadtest，themeasuredloadundertheactionofstressanddeformationofcrosssectioncontrol,analysisandjudgmentofthestructureofthebridgedynamiccharacteristics，providethebasisforthesafeusageofBridges.Accordingtotheresultofbridgeloadtest,thebearingcapacityofthebridgeassessment,provideareferenceforsimilarbridgecheckingevaluation.

【Keywords】Staticloadtest;Dynamicloadtest;Thebearingcapacity

【中图分类号】U446【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）12-0139-04

1.引言

近年来，随着我国交通桥梁和城市桥梁的飞速发展，为了满足城市桥梁美观的需要，弯桥结构出现的越来越多，由于受地形、地物、占地面积的影响，相比传统意义上的桥梁，弯桥在现代化的公路和城市道路立交上的应用越来越多。为了适应我国现代化的发展，交通运输业已经提到国家经济建设的优先地位。因此，对公路和城市桥梁提出了更高的要求：不仅要求交通线路的网络化和合理化，而且要求提高线路的等级，以提高车速、安全性和舒适性等。在以往，由于受到施工工艺和计算方法的限制，公路和城市桥梁的设计一般是直线桥梁，在一般的低级公路使用尚可。但是在高等级公路尤其是城市互通立交桥中，建造曲线桥梁非常必要，在交竣工之前，对桥梁结构进行检测和评估是十分必要的。

2.弯桥的受力特点

弯桥的受力和一般的直桥相比，其受力特点要复杂的多。弯桥的工作特点和桥梁的曲线的曲率半径有关。当垂直荷载作用载桥面上，桥梁将同时产生弯矩和扭矩。是弯桥的受力分析复杂化。在桥梁静动载试验中，检测工况中应该包括桥梁的扭矩。分析弯桥的受力特点，对桥梁检测是十分必要的。

（1）弯矩：弯矩比直桥大，弯桥的弯矩和曲线的曲率半径、中心角、荷载类型有关，而与桥梁截面形式无关。弯桥的弯矩一般比相同跨度的直线桥梁大。

（2）扭矩：对于一般的直线桥梁，因为扭矩的数值较小，并且影响范围比较小，计算通常不考虑。只是在扭矩存在的部分做局部处理。对于弯桥，扭矩的分析和计算十分重要，因此在桥梁静载试验下，扭矩的测量工况也是必须的。

（3）翘曲变形：弯桥的翘曲变形一般比相同跨径的直线桥大。这个是因为弯桥不经受到弯力距的影响，还受到扭力矩的影响。

（4）内梁和外梁受力不均：在曲线桥梁中，由于受到扭矩的影响，往往会形成外梁“超载”，内梁“卸载”的现象。这样内外梁支座的反力相差很大。当活载偏载作用下，内梁支座反力甚至可能产生负反力，这时候如果支座不能承受拉力的，就会出现梁体与支座脱离现象[1]。

鉴于弯桥以上特点，因此在桥梁静载检测中，桥梁的扭矩工况作为检测工况之一。桥梁的抗弯和抗扭作为评定桥梁刚度和承载力的主要因数。

3.连续弯桥的静动载试验

3.1工程概况

某城市立交互通A匝道桥，共2联，桥梁跨径为4×25m+3×25m，桥梁宽11m，桥梁上部结构采用曲率半径R=150m连续弯箱梁，箱梁采用单箱双室。设计活载是公路-Ⅰ级。桥梁第一联立面图、见平面图、横截面图见图1、图2和图3。

图3桥梁跨中横截面图（cm）

3.2静载理论分析

用桥梁专用分析软件Midas/civil2012对该桥建立空间梁格模型如图4所示，梁格截面划分如右图所示5，利用动态规划加载法得出2#肋梁在设计活载下弯矩包络图，在设计荷载公路-Ⅰ级的作用下，桥梁2#虚拟梁在0#-1#轴0.45L处最大正弯矩为2256kN.m，在1#轴附近最小负弯矩为-1930kN.m。

图5梁格划分

3.3测试截面和测点布置

根据的活载作用下的弯矩包络，静载试验分3个工况进行。工况1测试的截面为1#-2#跨跨中截面最大正弯矩（C截面）、工况2为1#墩附近最大负弯矩（B截面）、工况3为边跨0.45L截面最大正弯矩（A截面），工况4为1#轴扭矩。本次试验需要5台约350t的重车，加载平面图见图6，挠度测点分布如图7所示，工况1-工况3截面应变测点如图8所示。

图11桥梁横向测点与加载重量关系图

（2）应变测试：在各个工况满载下，测出梁底各个肋梁应变值以及腹板的应变测点值。表3是工况1和工况3主要测点满载测量值和理论值。表4是在工况2作用下腹板测点应变值。图12是梁底测点（各肋梁测点）在满载下测量值和理论值比较图。图13是腹板测点在工况2满载下，应变沿梁高的变化图。

图13工况2腹板测点应变测量值

在工况1试验荷载作用下，7-1#测点（1#肋梁）最大挠度3.12mm，对应的理论计算值为4.12mm，残余为0.01mm,校验系数为0.75，残余系数为0.64%，C4、C5（1#肋梁）最大弹性应变为40με，对应的理论计算值为53με，校验系数为0.75；在工况3试验荷载作用下，3-1#测点（1#肋梁）最大挠度4.96mm，对应的理论计算值为6.60mm，残余为0.13mm，校验系数为0.75，残余系数为0.64%，A4、A5（1#肋梁）最大弹性应变为46με，对应的理论计算值为59με，校验系数为0.78。以上挠度和应变均满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01-2015)校验系数的要求[2]，残余系数都小于20%。表明该桥具有一定的刚度和安全储备。该桥墩处截面中性轴设计高度为1.0678，通过图14可得出该桥实际截面中性轴高度为1.0851m，基本与设计相符合。

有上述结果可知，各试验工况下，采用梁格法计算的挠度和应变横向分布曲线与实测曲线趋势较为一致，说明桥梁处于良好的弹性状态；静载试验的挠度系数η都小于0.8，说明桥梁结构承载力满足要求，具有一定的承载力。从相对残余挠度系数看出，本次试验的残余系数元小于规范允许值，表明结构处于良好的弹性状态。在静载试验作用下，箱梁腹板所测的应变值分析可得：箱梁施工的截面的中性轴与设计相符合，说明桥梁的施工质量良好。

3.5动载试验成果分析

通过采用重车在桥面急刹车和跑车来测试桥梁动态效应，图14是桥梁一阶振型图。表5是桥梁动载参数实测与理论比较。

图14桥梁一阶振型（f=4.63）

通过动载测试结果可得：跑车、刹车试验所得到的第一阶竖向弯曲振动的固有频率大于理论计算值，冲击系数实测值平均值小于理论值，表明桥梁实际动刚度满足设计要求。

4.总结

（1）桥跨结构在静载作用下变形特征和应变分布正常，桥梁刚度的整体刚度良好，桥梁校验系数、残余系数均满足《公路桥梁荷载试验规程》的要求，表明桥梁具有一定的安全储备，主要控制测点的实测相对残余挠度和相对残余应变较小，表明试验跨的结构具有较好的变形恢复性能。

（2）桥梁结构在动载试验结构动力特性（频率、冲击系数）满足规范要求，表明桥梁整体刚度大，行车平稳、舒适；

（3）实测截面中性轴高度与理论计算中性轴基本符合，说明结构的材料状态与施工质量良好。

（4）试验结果表明，桥梁结构在正常使用荷载作用下实际受力状态与结构计算理论相接近，结构处于良好的弹性工作状态，全截面参与工作，反映结构具有良好的弹性工作性能[3]。

（5）该桥的静动载试验实际应用证明了该力学试验方案在连续弯桥的检测中合理可用，为同类桥梁检测提供参考。

参考文献

[1]李士辉，李颖，陈晓军，王志忠，浅谈弯桥的形式和力学特性[J].黑龙江交通科技,1997（1）.

[2]中华人民共和国交通部，公路桥梁荷载试验规程(JTG/TJ21-01-2015)[S],北京，人民交通出版社,2015.

[3]陈丕东,李伟，郑春影，李金龙，王强，王晓强，预应力混凝土连续箱梁桥的静、动载试验研究[J],华北科技学院学报，2009（6）.

作者简介：邵样林（1985-）男，汉族，江西鹰潭人，硕士研究生，路桥工程师，从事路桥检测工作。