橋梁動靜態檢測與荷載試驗研究
更新時間:2021-04-10 17:51
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以江蘇省某橋梁受(shòu)損加固東邊跨的承載能力為研究對象,對橋梁進行了動靜(jìng)態檢測和荷載試驗,主要測試分析了橋梁在靜態荷載作用下的應力應變(biàn)和撓度變形,以及在(zài)動態荷載(zǎi)作用下的自振頻(pín)率、阻尼比和應變增大係數。測試結果表(biǎo)明橋梁測試截麵的應變、撓度(dù)校驗係數均能滿足設計荷載正常使用的要求;橋梁一階豎(shù)向自振頻率實(shí)測值分別為2.26~3.13Hz,平均(jun1)結構自(zì)振頻率試驗值大於計算值,表明結(jié)構實際剛度大於計算(suàn)剛度;一階豎向(xiàng)振型的阻尼比為0.01~0.05,處於正常範圍0.01~0.08之間(jiān)。
1 工程(chéng)概況
試驗橋梁為三跨連續梁(liáng)橋(qiáo),全長106.0m,修建於1987年。橋梁基本參數如下:設(shè)計荷載:汽車(chē)20噸,掛車100噸;上部結構:30m+42m+30m鋼筋混凝土T梁+懸臂T梁;下部結構:重力式墩和重力式台。由於橋梁建設年代(dài)久遠(yuǎn),橋梁評分等級較低(2015年為B級(jí)),同時(shí)橋梁一邊邊跨收到車輛嚴重撞擊,根據(jù)相關規範要求對橋梁(liáng)受損邊跨的承載能力進行檢測。
2 靜載試驗
橋梁靜載試驗主要是通過測(cè)量橋梁結構在靜(jìng)力荷載作用下各控製截麵的應(yīng)力及結構變形,從而確(què)定橋梁結構實(shí)際工作狀態與設計期望值是(shì)否相符,它是檢驗橋梁性能及工作狀態最直接、最有效的辦法。測試內容主要包括應力測試、撓度測試等試驗項目。
2.1 加載工況與試驗效率
本橋(qiáo)為三跨連續梁橋,由於隻有東側(cè)邊跨受損和加(jiā)固處理,其它橋(qiáo)跨部分完好,因此,僅針對東(dōng)邊跨進行承載能力(lì)測試,邊跨測試控製截麵為跨中截麵,測試工況為跨中截麵應變(biàn)及撓度。擬選定4輛350kN的汽車(單車總重為350kN,要求前軸重70kN,中後軸280kN,前中軸距為325cm,中後軸距為135cm)進行試加載。以5#梁和1#梁的跨中截麵的對稱荷載的加載(zǎi)效率分別為(wéi)0.92和0.97,符合《公路舊橋承(chéng)載能力(lì)鑒定方法(fǎ)(試行)》規範要求。
2.2 測點布置
根據橋梁受力特點,在邊跨跨中位置布置10×4=40個應變測點。應變測點全部采用(yòng)120Ω應變片進行測試,並考慮測試現場的溫(wēn)度補償。
撓度(dù)觀測截麵為L/4截麵、L/2截麵、3L/4截麵,其豎向撓度采(cǎi)用全站儀測量(liàng)。
2.3 試驗數據分析及承載能力評定
2.3.1 剛度分析
邊跨撓度測量(liàng)結果整理如表1(注:撓度向下為正)。
從表1可以看出,在試驗荷載作用下(xià),橋梁主要(yào)測點撓(náo)度實測值均小於理論計算值。依照《公路橋梁承載能力檢測評定規程》(JTG/T J21-2011)8.2.1中的(de)說明,混凝土橋的撓度校驗係數ζ值小(xiǎo)於1時,表明橋梁的(de)實際狀況(kuàng)要好於理論狀況(kuàng),承載(zǎi)能力滿足要求[1]。
結構在卸載後的殘餘的大小是說明結構彈性工作性能的一個重要指標,因(yīn)此,在卸載完畢後對結構殘餘變形進行觀測。
2.3.2 強度分析
在兩種工況的試驗荷載作用下,A-A斷麵的實測值均小於(yú)理論值,校驗(yàn)係數最大值僅(jǐn)為0.83<1,同(tóng)時在某些梁出現了(le)正負(fù)號相(xiàng)反的情況,這主要是由於應變(biàn)片(piàn)布點位(wèi)置(zhì)位於T型(xíng)梁慣性軸附近(jìn),位置敏感,導致部分梁A-A斷麵處於受(shòu)拉狀態[2]。
此外,除了8#梁,B-B斷麵(miàn)主要測點應變實測值均小於理論計算值,校驗係數在0.07~0.68,而8#梁的校驗係數為(wéi)3.54~4.46,遠大(dà)於所規(guī)定校驗係數的最大值(zhí)1。為了(le)8#梁的狀況進行驗證,我們觀察8#梁C-C截麵(miàn)的應(yīng)變值以及(jí)校驗係數,發現8#梁(liáng)C-C截(jié)麵在三種工況作用下,其校驗(yàn)係數僅為0.55~0.68<1,表(biǎo)明8#梁荷(hé)載的實際狀況要好於理論狀況,承載能力滿(mǎn)足設計(jì)要求。
在以5#梁最大正彎矩為加載對象的工況下,C-C斷麵2~10#梁的校驗係數均小於1,然而1#梁C-C斷麵兩個應變片(piàn)的校驗係數為2.78,大於1;然而,在1#梁跨中位(wèi)置最大正彎矩(jǔ)的工況下(xià), 1~10#梁C-C截麵的校驗係數為0.57~1.05之間,表明該測(cè)試截麵的結構整體受力性能能滿足設計荷載正常使(shǐ)用的(de)要求。荷載卸除後,該橋跨測試截(jié)麵(miàn)的實測殘餘應變較小,符合相關規範要求。此外,1#、2#梁校驗係數接近於1,表明橋梁部分(fèn)梁體安全儲備較小,梁體性能有所降低。
3 動(dòng)態特性分析
動載試驗主要(yào)用於綜合了解結構自(zì)身的動力特性以及結構抵抗受迫振動和突發荷載作用的能力,以(yǐ)判斷結(jié)構的實際工作狀態和實際承(chéng)載能力,同時(shí)也為使用階段結構評估積累原始數據[3]。
本(běn)次動載試驗采用單輛試驗載重汽車以10km/h、20km/h、40km/h、60km/h的速度在6#~8#梁之間的橋麵上行使,測量橋梁結構在行車(chē)狀態下的動(dòng)應變、衝擊(jī)係數(shù),分析橋梁的自振頻率和阻尼特性,動應變觀(guān)測位置位(wèi)於橋梁中心的5#和7#梁。
3.1 自振頻率和(hé)阻尼特性(xìng)
在大橋邊跨的一階豎向自振頻率實測(cè)值分別為2.26~3.13Hz,其均值為2.87,與計算頻率的比值分別為0.94~1.31,其(qí)均值為1.20,平均結構自振頻率試(shì)驗值略大於計算值,表(biǎo)明結構實際剛度大(dà)於(yú)計算剛度。
跑車試驗在10~60km/h所測得一階豎向振型的阻尼比為0.01~0.05,在正(zhèng)常範圍0.01~0.08之間,但(dàn)是(shì)橋梁的阻(zǔ)尼比較大(dà),表明橋梁性能衰(shuāi)退,整體(tǐ)性不強[4,5]。
3.2 行車動力響應
10km/h~40km/h跑車試驗,5#和7#梁C-C截麵的應變增大係數(1+?滋)為1.09~1.16,其實測結構動力增(zēng)大效應小於設計規範取值(1+?滋=1.16),然而在60km/h跑車(chē)試驗中,5#和7#梁C-C截(jié)麵最大實測結構動力增大效應(yīng)(1.25、1.26)均大於設計規範取值,說明(míng)橋梁(liáng)在60km/h動態荷載作用下的動態(tài)響應大於設計值,動荷(hé)載(zǎi)實際產生的衝擊(jī)作用比(bǐ)規範考慮(lǜ)的要大[6,7]。
4 結束語
橋梁C-C截麵的校驗係數為0.5~1.05之間,表明該測試截麵的結構整(zhěng)體受力性能能滿足設計荷載正常使用的要求。
本橋撓度校驗係數處於正常範圍之內,在(zài)試驗荷載作用下,最大撓度小於設(shè)計控製值,滿足規範要求;橋梁主要控製點均小於20%控製值,結構剛度(dù)符合(hé)設計荷載要(yào)求。
在大橋邊跨的(de)一階豎(shù)向自振頻率實測值均值為(wéi)2.87,大於計算值,表明結構實際(jì)剛度大於(yú)計算剛度;跑(pǎo)車試驗測得一階豎向(xiàng)振型的阻尼比為(wéi)0.01~0.05,處於正常範圍0.01~0.08之間。
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