－誊毒毒拳 誊 鞴妻鞠毒－ 某Ｔ型刚构桥加固后静动载试验研究 周 凯 ，张 婷。 （１．Ｉ￣ｔＪｆｌ成渝高速公路股份公司，四川成都６１００３１；２．西南交通大学，Ｉ￣ｌＪｌｌ成都６１００３１） 【摘要】 某Ｔ型刚构桥由于悬臂端下挠较大，对其进行了加固处理，原一侧悬臂端增设辅助墩改变其 受力体系。为了解结构加固后的实际受力状况与使用性能，进行了荷载试验。结构的静载试验表明：加固后 的结构具有足够的强度和刚度，满足设计要求；动栽试验表明：桥跨结构自振频率及阻尼比均属正常范围。跳 车对结构的冲击偏大。 【关键词】 荷栽试验；Ｔ型刚构桥； 加固； 强度； 刚度： 【中图分类号】Ｕ４４６．１ 【文献标识码】Ｂ ２．２试验荷栽 １工程概况 某预应力悬臂Ｔ型刚构桥，每侧悬臂长３５ ｍ加８ ｍ挂 梁，组成两孔４３ ｍ孔跨，于１９９０年竣工。桥面横向布置为： 净一１４．５ ｍ＋２×０．５ ｍ人行道＋２×０．２５ ｍ栏杆，桥墩台置 于紧密的砂卵石层上，桥墩为重力式，墩高６．８６ ｍ，交界墩为 通过建立有限元模型，计算出在设计荷载下主桥悬臂侧 墩顶最大负弯矩截面（ 一Ａ截面）最大负弯矩一Ｍ ＝一３４ ７００ ｋＮ・ｍ，增设辅助墩侧最大正弯矩截面（曰一 截面）最大正 弯矩Ｍ ：３ ５８０ ｋＮ・ｍ。本次荷载试验采用载重汽车（重 约２８０ ｋＮ）充当，就某一检验项目而言，所需车载重量及加载 ２根咖１．５ ｍ的双柱式墩。设计荷载等级为汽车一２０，挂车 一１００；人群荷载为３．５ ｋＮ／ｍ 。 位移，将根据设计控制荷载产生的该检验项目（内力和位移 等）的最不利效应值，以满足下式所定原则等效换算而得： 经检测，主桥箱梁结构顶底板存在多条裂缝；主桥一侧 悬臂端线形实测值比原设计线形低３８．２ ｅｌＹｌ，另一侧悬臂端 部实测线形比原设计线形低１７．３ ｃｍ。为防止主桥端部继续 下挠，并对主梁及墩身进行补强，对原结构进行了加固处理。 ０．８０￣＜ｒ／ 蠢 。ｓ 式中： 为静力试验荷载效率；ｓ 为试验荷载作用下某 一加固方法主要为在Ｔ型刚构桥下挠较大侧端部增设辅助墩， 梁体粘贴碳纤维布，修补梁体及墩身裂缝。 检验项目最大计算效应值；Ｓ为设计控制荷载作用下该检 各试验截面的计算弯矩及试验弯矩参见表１。从表中可 验项目的最不利计算效应值； 为规范采用的冲击系数。 以看出，两工况荷载效率系数分别为０．９４９、０．８７２，处于０．８０ ～２静载试验测试及结果 ２．１试验内容 １．０５的范围，满足要求。 表１ 各试验截面荷载效率系数 试验截面 ／工况 』４一Ａ Ｂ—Ｂ 该试验主要针对主桥悬臂侧墩顶最大负弯矩截面（Ａ— Ａ截面）及增设辅助墩侧最大正弯矩截面（Ｂ—Ｂ截面）进行 加载试验。测试截面及挠度、应变测点布置参见网１～图３。 计算弯矩 Ｍ Ｊ（ｋＮ‘ｍ） 一３４７００ ３５８０ 试验弯矩 Ｍｓ（ｋＮ・ｍ） —３２９２８ ３１２０ 效率系数 叩 ０．９４９ ０．８７２ ２．３试验数据及分析 图１ 测试截面及挠度测点布置 ２．３．１应力测试结果 各试验工况下截面应力实测值及与试验计算值的比较 参见表２，由结果可以看出： 图２ Ｂ—Ｂ截面应变测点布置 在主桥最大负弯矩工况（Ａ—Ａ工况）下，墩顶截面（Ａ— Ａ截面）应力校验系数介于０．７８～Ｏ．９０；在主桥最大正弯矩 工况（曰一日）工况下，最大正弯矩测试截面（ 一曰截面）应力 校验系数介于０．６６—０．７２；各校验系数≤１．ｏ０，表明桥跨结 ［定稿日期］２０１０—０６—１２ 图３ Ａ—Ａ截面应变测点布置 ［作者简介］周凯（１９７６～），男，本科，工程师。 四川建筑第３１卷２期２０１１．０４ １２９ 毒 构具有足够的强度。 表２各工况下截面应力实测值、计算值及应力校验系数 工况 Ａ—Ａ Ｂ—Ｂ 测点位置 实测值（ＭＰａ） 下缘 一１，６７ 上缘下ｌＯｃｍ Ｏ．７８ 下缘 ０．８５ ‘ Ｆ缘上１Ｏｃ ０．８２ 计算值（ＭＰａ） 校验系数－ｑ 一１．８７ Ｏ．９Ｏ １．０１ ０．７８ １．２９ ０．６６ １．１４ ０．７２ 注：应力以受拉为一，受压为＋。 图４主桥桥跨竖向频谱 ２．３．２挠度测试结果 各试验工况下结构挠度实测值及与试验计算值的比较 参见表３，由结果可以看出： 在 —Ａ和曰一Ｂ工况下，主桥各工况加载跨的挠度校 验系数基本介于０．７１～１．００，个别测点校验系数大于１．００， 桥跨结构刚度基本满足要求。 表３ 主桥各工况挠度实测值及与计算值的比较 Ａ工况挠度（ｍｍ） 测点位置 校验 Ｂ工况挠度（ｍｍ） 校验 计算值 实测值 系数计算值 实测值 ＂ 系数 ０．９６ ０．９９ Ｏ．７ｌ 悬臂侧 ￡／２ —８．６２ ～７．１７ Ｏ．８３ Ｏ．８３ Ｏ．８Ｏ 桥跨 悬臂端 一２１８２ —１５．５３ ０．７１ ．１．２５ １．２３ Ｌ，４ ２．Ｏ２ １．８４ ０．９ｌ —１．９８ —１．４１ 图５主桥Ｃ—Ｃ截面应变影响线 辅助墩 Ｌ／２ 侧桥跨 ３￡／４ ２．０７ ２．３１ １．２９ １．１２ 一１．２９ 一１．０２ ０．８Ｏ １．０５ 一Ｏ．３９ —０．４０ １ ｏ０ 从图中可以看出，在车辆经过测试截面时刻，动应变变 １．２３ 化较明显，总体上看应变时程曲线变化平顺，说明桥梁在车 辆活荷载作用下受力过渡良好，行车较为平顺。 表４主桥跨中截面行车冲击系数 行车试验 车速（ｋｉｎ／ｈ） ｌＯ ２Ｏ ３０ ４０ ５０ 注：挠度以向下为一，向上为＋。 ３动载试验测试及结果 ３．１试验内容 冲击系数（１＋／ｘ） 测点ｌ １．０５ １．Ｏ６ １．１４ １．２４ １．１８ （１）自振特性试验。测定结构固有振动特性，包括测试 跨的１阶频率和阻尼比。 测点２ １．ｏ６ １．１５ １．２３ １．３９ １．３９ 测点３ １．０６ １．０６ １．１２ １．２１ １．１９ 测点４ １．ｏ６ １．０４ １．１Ｏ １．１８ １．１５ （２）激振试验。激振试验包括无障碍行车试验和跳车试 验，具体测试内容如下： 无障碍行车试验，主要测试截面在（１０—４０ ｋｍ／ｈ）速度 行车激振下的动应力及动力增大系数。 跳车试验，主要测试截面在（５～３０ ｋｍ／ｈ）速度跳车激振 下的动应力及动力增大系数。 ３．２试验数据及分析 表５主桥跨中截面跳车冲击系数 跳车试验 冲击系数（１ 肛） ３．２．１ 自振频率测试结果 结构自振频率测试采用脉动法（环境激励）进行测试，主 要包括桥跨结构１阶频率和临界阻尼比。 桥跨结构实测频谱图见图４。 从实测自振特性数据及分析得出主桥桥跨结构竖向一 阶频率ｆ。＝２．０５１ Ｈｚ、阻尼比Ｄ。＝０．０４８，实测阻尼比属正常 车速（ｋｍ／ｈ） ５ １０ １５ ２０ ２５ 测点１ １．４５ １．７３ １．７３ １．３２ １．３１ 测点２ １．４７ １．７２ １．７０ １．４＿４ １．４５ 测点３ １．４７ １．６９ 】．７５ １．３２ １．３１ 测点４ １．４３ １．６６ １．７１ １．２８ １．３Ｏ 范围，表明该桥跨结构具有足够的强度和刚度。 ３．２．２跨中应变影响线结果 ３０ １．２９ １．３８ １．３０ １．２５ 增设辅助墩侧桥跨结构跨中截面（Ｃ—Ｃ截面）应变影响 线见图５。 ３．２．３激振试验结果 （下转第１３３页） ｌ３Ｏ 四川建筑第３１卷２期２０１１．０４ ＿．茹蓬 加载的三根梁，其提高程度相差无几，非常接近，故由此表 明，相同加固条件下，预加载程度的大小对梁的变形影响 不大。 攀 避 ４结论 （１）有限元计算得到的结果和实体试验结果基本吻合。 ３．２．２荷载一挠度曲线 有限元软件能准确的模拟梁的受弯经过以及应力应变的关 系，其分析是可行的。 （２）相比一次受力，二次受力对加固梁的极限荷载、挠度 值影响比较大。预加载的存在，对加固效果有着明显的 影响。 各仿真梁的荷载一挠度关系曲线如图５所示，与Ｂ一１ 梁相比，其他四根梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载均有提 高，最大挠度都略有降低。图中Ｂ一３、Ｂ一４、Ｂ一５梁曲线在 Ｂ一１和Ｂ一２梁曲线之间，说明预先施加了一定荷载再进行 加固，最后加固梁得到的极限承载力小于预先未施加荷载的 （３）ＡＦＲＰ的滞后应变对钢筋混凝土梁在二次受力下的 加固效果起着决定性的作用。相同条件下，预加载程度越 加固粱，而上述３根梁施加了不同的预加载，图中三条曲线 大，ＡＦＲＰ的滞后应变越大，极限承载力提高就越小。 从上到下依次排列为梁Ｂ一３、Ｂ一４、Ｂ～５。由此可以得出， 随着预加载程度的增加，相同加固方式得到的加固效果反而 参考文献 越不明显；从图中还可以看出Ｂ一３、Ｂ一４及Ｂ一５梁的最大 挠度相差不大，它们和Ｂ一１、Ｂ一２梁的最大挠度有一定的差 ［１］ 魏凝．芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究与理 距，由此可以得出预加载会对加固粱的变形产生一定的作 论分析［Ｄ］．西安理工大学，２００６ 用，但预加载程度大小对加固的梁变形无多大影响。 ［２］ 张誉．混凝土结构基本原理［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版 ８Ｏ 社，２０００ ７Ｏ ｒ一 ［３】王文炜．ＦＲＰ加固混凝土结构技术及应用［Ｍ］．北京：中国建筑 工业出版社，２００７ ６０ 【４］ 徐芸，徐德新，潘芬芬．碳纤维板加固梁一次受力和二次受力 三５０ ． ＝＝＝ 嘉４０ －，二 童 一 ． ．——— ’ 的试验研究［Ｇ］／／第二届全国土木工程用纤维增强复合材料 牲３０ ｌ ＋Ｂ—一ｌ２ （ＦＲＰ）应用技术论文集．清华大学出版社，２００２：３２９—３３２ — Ｂ－３ ［５］ 叶列平，崔卫，胡孔国，等．碳纤维布加固钢筋混凝土板二次受 ２０ －置－Ｂ一５ 力试验研究［Ｇ］／／中国首届纤维增强塑料（ＦＲＰ）混凝土结构 ｌ０ ，． ． ． ． ． ． ． ， 学术交流会论文集，２０００：８３—９１ ０ ０ ２ ４ ６ ８ １０ １２ ｌ４ １６ ｌ８ 挠度（ａｒｍ） 图５荷载一挠度曲线 乖 ： 币 爷 也 ： 乔 不 乔 尔 ：乖 尔 乖 秘 乖 绵 （上接第１３０页） 车冲击系数为１．３９，最大跳车冲击系数为１．７５；跳车对桥跨 激振试验分为行车激振和跳车激振，在不同车速下增设 结构的冲击较大，桥面不平顺或铺装层坑洼对桥跨结构的冲 辅助墩侧桥跨结构跨中截面的行车、跳车冲击系数见表４、 击较为明显。 表５。 综合分析认为，该桥桥跨结构具有一定的强度和刚度， 对实测冲击系数进行分析可以看出：结构行车冲击系数 满足设计汽车一２０、挂车一１００的荷载等级要求；桥跨结构自 第一峰值为１．３９，对应车速约４０ ｋｍ／ｈ；跳车冲击系数第一 振频率及阻尼比均属正常范围，跳车对结构的冲击偏大。 峰值为１．７５，对应车速约１５ ｋｍ／ｈ；与同类型桥梁相比，跳车 对桥跨结构的冲击较大，表明桥面的不平顺或铺装层坑洼对 参考文献 结构的冲击较为明显。 ４结论 ［１］交通部科学研究所．大跨径混凝土桥梁的试验方法［Ｍ］．北 京：人民教育出版社，１９８２ （１）静载试验结果表明：主桥结构应力校验系数介于 ［２］ 交通部．公路旧桥承载能力鉴定方法［Ｍ］．北京：人民教育出 ０．６０～０．９０，结构挠度校验系数介于０．６０—１．Ｏ０，个别测点 版社，２００４ 挠度校验系数大于１，桥跨结构的强度和刚度基本满足要求。 ［３］宋一凡，贺拴海．公路桥梁荷载试验与结构评定［Ｍｊ．北京：人 （２）白振特性测试结果表明：主桥桥跨结构竖向一阶自 民交通出版社，２００２ 振频率ｆ．＝２．０５１ Ｈｚ，实测阻尼比Ｄ。＝０．０４８，结构阻尼比均 ［４］姚玲森．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版，１９９８ 属正常范围，桥跨结构的刚度良好。 ［５］湛润水，胡钊芳．公路桥梁荷载试验［Ｍ］．北京：人民交通出 （３）激振试验结果表明：主桥桥跨结构跨中截面最大行 版，２００３ 四ＪＩ【建筑第３１卷２期２０１１．０４ １３３
