大跨度预应力混凝土连续刚构桥动静载试验研究

摘要：桥梁是道路工程当中非常重要的部分，其质量对于公路工程的整体质量影响巨大，甚至直接影响行车安全。为了保证道路桥梁的质量，需要针对公路桥梁的稳定性和承载能力进行检测，而动静载试验在道路桥梁检验当中具有非常广泛的应用。本次研究主要结合某大跨度预应力混凝土连续刚性桥为例，对其动静载试验的方法和结果进行了讨论，希望通过本文的阅读，能够给道路桥梁动静载试验相关领域的研究者或工作者提供一定的帮助和启发。

关键词：道路工程；动静载试验；大跨度预应力混凝土连续刚构桥

前言：道路桥梁是公路工程中非常重要的组成部分，对于应对特殊地形（河流或者山谷）有着广泛的应用，能够直接缩短公路里程数、提升运输效率[1]。但由于桥梁多建设在特殊路段，一旦出现承载力不足引发的事故，可能产生十分深远的影响。而从过往的经验来看，新建桥梁建设完毕后，需要利用荷载试验来验证桥梁的质量和稳定性，而即便是在新建结束后符合要求的桥梁，在投入使用后也可能因为温差、病害、过载等问题导致实际荷载能力下降，达不到设计要求而带来安全隐患，降低桥梁使用的稳定性。动静载试验顾名思义是在静态和动态两种状态下对桥梁的承载能力进行试验，在当前的道路桥梁质量监测工作中具有较为广泛的应用[2]。

一、工程概况

本次研究选择的某桥梁为某一高速公路的三跨预应力混凝土连续刚构桥跨径为120米/230米/120米，上部为单箱单室结构顶板宽度13.85米，底板宽度7.85米。

二、试验设计

2.1 静载试验

静载试验40吨载重车辆加载，分别考量不同工况下的正载和偏载承载力，工况分成①边跨主梁最大正弯矩；②主墩顶梁截面最大负弯矩；③中跨截面最大正弯矩。其中工况②只考虑正载，工况①的正载和偏载情况使用7辆满载试验车，其他工况使用11辆满载试验车[3]。

静载试验需要充分考虑气温对试验结果的影响，一般来讲，需要每隔30分钟测定一次箱梁表面的温度，当温差过高时，应采用适当的手段进行控温。在实验开始前，应组织多辆试验车满载并排以规律车速行驶，以对桥面预加载应力[4]。

2.2 动载试验

2.2.1 振动试验

振动试验主要检查的是桥梁结构的振动特性，而振动特性是桥梁受荷载动力影响的关键因素，进行振动试验，应该充分考虑桥梁所在位置，以本次研究为例，桥梁所处位置存在风、地等荷载微动的条件，因此振动试验应该设计的更有随机性，充分调整试验过程中振幅、振型、阻尼和频率等关键指标，并且充分考虑桥梁本身存在的微幅振动情况[5]。

2.2.2 行车试验

行车试验主要又主要分成无障碍行车试验和有障碍行车试验两种情况，所谓无障碍行车，就是车辆在行驶的过程中没有遇到阻碍，保持较为理想的以规律车速直线状态行驶，在进行试验前，需要确保桥梁路面的平整度，使用1辆满载试验车在桥面以规律车速反复行驶；有障碍行车试验则是考虑桥梁路面存在病害对行车产生影响时带来的更大荷载，需要在桥面模拟出适当的障碍物，使1辆满载试验车反复以规律车速通过障碍物[6]。

三、试验结果

3.1 静载试验结果

3.1.1 应变测试结果

对于静载试验的应变测试结果进行统计，结果如下表1所示：

表 1 静载试验应变测试结果

通过上表中的数据可知，偏载、正载各个工况下的校验系数均小于1，且相对残余应变小于20%，证明该桥梁在静载试验中的测量结果，桥梁的跨主梁强度符合要求。

3.1.2 挠度测试结果

对于静载试验的挠度结果进行统计，结果见下表2所示：

表 2 静载试验挠度测试结果

通过上表中的数据可知，不同工况下的挠度实测值小于理论值且校验系数小于1，相对残余挠度小于20%，证明结构刚度满足要求且有一定的剩余储备。

3.2 动载试验结果

3.2.1 自振特性结果

对于不同振型下的自振频率进行统计，结果见下表3所示：

表 3 不同振型条件下的自振频率（Hz）

通过上表中的数据可知，不同振型条件下，桥梁自振频率计算值均小于实测值，证明桥梁实际刚度略大于设计值，刚度有剩余储备。

3.2.2 行车试验结果

取边跨主梁、中跨跨中各选两个截面作为无障碍行车的测试点，记为点A1、A2、B1。B2，测试点的最大冲击系数以及对应的行车速度如下表4所示：

表 4 不同测试点位的无障碍行车实测冲击系数

根据规范算法，可计算出桥梁的冲击系数为0.050，实测点位冲击系数均接近且小于计算冲击系数，说明无障碍行车几乎没有增加车辆的荷载动力，计算的最大冲击系数符合要求。

对于有障碍行车结果来看，不同点位的测试冲击系数均大于计算冲击系数，证明有障碍情况下低速行车，对荷载动力放大效应比较显著。

结束语

总而言之，动静载试验在桥梁的刚度和稳定性测试中具有较为广泛的应用，从本次研究中所选择的高速公路桥梁工程的动静载测试结果来看，其刚度和稳定性均符合预期且有一定的剩余储备，通过实际值与理论值的比较，能够得出动静载试验结果具有一定的可靠性。

参考文献

[1]刘世刚. 基于动静载试验的桥梁技术状况评定研究 [J]. 交通世界, 2023, (36): 121-123.

[2]别宗霖. 动静荷载试验在桥梁检测中的应用 [J]. 交通世界, 2022, (08): 138-139.

[3]郑一峰,雷刚. 城市桥梁技术状况评定及动静载试验研究 [J]. 甘肃科学学报, 2021, 33 (02): 101-107+127

[4]郑一峰,孙赛赛. 大跨径连续刚构桥动静载试验研究 [J]. 施工技术, 2020, 49 (S1): 1187-1190.

[5]陈堃,卢海林,杨宏印,等. 基于动静载试验的连续刚构桥梁模型修正 [J]. 武汉工程大学学报, 2019, 41 (02): 150-154.

[6]刘洪超,刘世忠,张奎,等. 运煤重载铁路桥梁动静载试验及性能评价 [J]. 兰州工业学院学报, 2018, 25 (05): 1-4.