摘要：為了了解廣州港新沙港區港外公路東江公路大橋維修加固后實際承載能力是否滿足設計要求，針對對東江公路大橋加固構件進行了靜動載試驗。本文通過結構理論計算分析，確定了該橋靜、動載試驗方案，闡述了試驗實施過程及所取得效果。
　　關鍵詞：東江公路大橋；現場荷載試驗；靜載；動載
　　一、 工程概況
　　廣州港新沙港區港外公路東江公路大橋（以下簡稱東江公路大橋）位于廣州港集團新沙疏港通道上，于1991年建成，總長964.77m，跨度組成為15.52m+6X15.5m+8X32.7m+(32.7m+5X65.24m+32.7m)+3X32.7m+2X32.3m+32.35m。
　　主橋上部結構采用6個T構加2個16.08m及5個32m中掛孔梁形式，在T構端部設牛腿，掛孔支撐于牛腿之上，主橋墩身與T構為一整體。T形剛構伸臂部分為變高度單箱雙室預應力混凝土箱梁，根部梁高3.5m，端部梁高為1.9m，跨度為16.08m，T構除懸臂端部分采用500級混凝土外，其余均用400級混凝土。邊、中掛孔的每孔梁均由5片預應力混凝土T梁組成。基礎采用5根外徑為1.4m的鋼殼管柱基礎。
　　東江公路大橋主橋縱橋向示意圖如圖1所示：
　　                    
　　                                                圖1：縱橋向示意圖（單位：cm）
　　二、 靜載試驗
　　根據《公路舊橋承載能力鑒定方法（試行）》（1982）(以下簡稱《試驗方法》)的建議及業主要求，結合現場勘察，本次靜載試驗實施二個工況，分別為工況一T構墩頂處最大負彎矩工況、工況二掛梁跨中截面最大正彎矩工況，分別選取如下圖2所示的Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ作為控制截面，測試在試驗荷載作用下控制截面的應變，同時分別觀察T構懸臂端部、掛梁跨中的撓度變化。本文僅對工況一進行敘述，不對工況二進行闡述。
　　                  
　　                                                                              圖2各工況主要控制截面（單位：cm）
　　2.1實施工況
　　工況一：T構墩頂處最大負彎矩工況
　　2.2.試驗荷載
　　試驗荷載的確定原則：
　　根據《試驗方法》的規定，最大試驗荷載按試驗荷載效率η確定。靜力試驗荷載效率η的計算公式為：
　　                       
　　式中：Sstat——試驗荷載作用下，檢測部位變位或內力的計算值；
　　——設計荷載作用下，檢測部位變位或內力的計算值；
　　——設計取的動力系數。
　　在設計荷載掛-100級的作用下，工況一（T構墩頂處最大負彎矩工況）試驗T構墩頂處截面所受負彎矩最大，其理論計算值為M設＝-15125.44kN﹒m。
　　2.3試驗荷載效率η
　　試驗荷載值按彎矩等效方法確定。在加載過程中，根據實際情況，采用4臺單車總重約為300kN的雙后軸孖擔車分三級荷載進行加載，一級卸載。根據《試驗方法》規定，基本荷載試驗的荷載效率η為：η=Sstat/(S•δ)，應滿足0.8≤η≤1.05。在試驗荷載作用下，工況一（T構墩頂處最大負彎矩工況）試驗T構墩頂處截面所受負彎矩試驗值為M試＝-15562.40kN﹒m，荷載效率為η＝1.029。
　　2.4測點布置
　　2.4.1應變測點
　　在4#墩中心線往大里程方向2.7米處截面（即圖2中Ⅰ-Ⅰ截面）粘貼振弦式應變計共7個（如圖3所示），采用基康BGK-micro-4000靜態應變數據采集分析儀觀測在試驗荷載作用下應變測點的應變變化。
　　                    
　　圖3工況一控制截面應變測點布置示意圖（單位：cm）
　　2.4.2撓度測點布置
　　采用精密水準儀觀測在試驗荷載作用下各撓度測點的撓度變化情況，
　　工況一：在T構兩懸臂端部布置撓度測點共4個，測點布置示意圖如圖4所示。
　　                  
　                                       　圖4工況一撓度測點布置示意圖
　　2.6試驗的主要結果
　　2.6.1應變測試
　　工況一滿載時主要應變值見表1所示。
　　表1工況一滿載時主要測點應變值一覽表

                          
　　　注：實測應變已經進行溫差修正，Y102測點損壞。
　　主要應變測點實測應變與理論應變對比曲線如圖5所示。
　　              
　　圖5工況一應變測點實測應變與理論應變對比曲線圖
　　由圖5可知，試驗結構主要應變測點線性關系較好，呈線性變化，說明試驗結構處于彈性工作狀態；試驗結構主要應變測點實測值均較理論計算值小值且呈線性變化，說明試驗T構結構強度滿足設計要求。
　　2.6.2 撓度測試
　　工況一滿載時主要測點撓度值見表2所示。
　　表2工況一滿載時主要測點撓度值一覽表

                   
　　　　注：實測撓度已對墩轉動所產生的影響進行修正，同時采用N1-2、N1-4的平均值作為加載懸臂端部結果值。
　　主要撓度測點實測撓度與理論撓度對比曲線如圖6所示。
　　                            
　                                          　圖6主要撓度測點實測撓度與理論撓度對比曲線圖
　　由圖6可知，試驗結構主要撓度測點線性關系較好，呈線性變化，說明試驗結構處于彈性工作狀態；試驗結構主要撓度測點實測值均較理論計算值小值且呈線性變化，說明該試驗T構結構剛度均滿足設計要求。
　　2.4靜載試驗結論
　　東江公路大橋靜載試驗的荷載效率分別為1.029，滿足《試驗方法》要求。
　　在試驗荷載作用下，撓度和應變的實測值均小于理論計算值，應變、撓度校驗系數與相對殘余變形均滿足《試驗方法》要求，試驗荷載下橋梁試驗構件（即4#墩T構大里程側懸臂，下同）結構處于彈性工作狀態，該橋梁試驗構件的強度、結構剛度均滿足設計要求，說明東江公路大橋試驗構件結構承載力滿足設計荷載汽車-20級、掛車-100級使用要求。
　　三、 動載試驗
　　3.1測點布置
　　分別選取T構懸臂端部、掛梁跨中為測試截面，測點布置如圖7所示。
　　                
　　                                                                                         圖7動載測點布置圖
　　3.2脈動試驗
　　利用大地脈動、風荷載、水流等對橋梁產生的激勵作用（隨機荷載）測試橋梁的振動，然后通過分析獲得橋梁結構的自振特性參數。
　　通過脈動試驗的FFT實時譜分析，得出掛梁跨中在隨機荷載作用下一階振動頻率為4.199Hz、T構懸臂在隨機荷載作用下一階振動頻率為2.148Hz。
　　3.3行車試驗
　　試驗時根據現場條件，讓一輛100kN重的車輛分別以20km/h、30km/h和40km/h的速度勻速通過橋面，并對T構懸臂端部的豎向振動響應進行測試。
　　3.3.1通過20km/h行車試驗的FFT實時譜分析，得出T構懸臂在車輛荷載激勵下一階振動頻率為2.148Hz。
　　3.2.2通過30km/h行車試驗的FFT實時譜分析，得出T構懸臂在車輛荷載激勵下一階振動頻率為2.148Hz。
　　3.2.3通過40km/h行車試驗的FFT實時譜分析，得出T構懸臂在車輛荷載激勵下一階振動頻率為2.051Hz。
　　3.4跳車試驗
　　跳車試驗體現了豎向激勵引起橋梁的強迫效應。試驗時，讓一輛100kN的重車在橋面從高約15厘米的墊木落下，測試T構懸臂端部的豎直振動響應。
　　通過跳車試驗的FFT實時譜分析，得出橋梁試驗跨在車輛荷載激勵下一階振動頻率為2.148Hz。
　　3.5動態試驗結果
　　經數據處理分析后得到橋梁的動態試驗結果如表3所示。
　　表3動態試驗結果

                   
　　由表1可知，掛梁脈動工況實測基頻大于理論計算基頻3.364Hz；T構懸臂各工況實測基頻均大于理論計算基頻2.025Hz。
　　3.6動載試驗結論
　　掛梁脈動試驗結構實測基頻4.199Hz，理論計算結構一階頻率為3.364Hz；T構懸臂脈動試驗結構實測基頻2.148Hz，行車試驗在20km/h、30km/h和40km/h的速度勻速通過橋面實測一階頻率分別為2.148Hz、2.148Hz和2.051Hz，跳車試驗實測一階頻率為2.148Hz，理論計算結構一階頻率為2.025Hz。實測值均大于理論計算值，表明結構實測基頻滿足設計要求。
　　四、 試驗結論
　　綜上所述：廣州港新沙港區港外公路東江公路大橋4#墩T構大里程側懸臂、4#墩與5#墩之間的掛梁滿足設計荷載汽車-20級、掛車-100級的使用要求。
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