减河桥梁结构性能分析

减河桥梁结构性能分析

1项目总结1.1下部结构设计及减河桥布置北京顺昌桥中心距离为k12.45公里。1994年12月，大桥全长121米，总宽12.5米。桥梁上部采用3×35m混凝土桁架拱,下部结构型式采用混凝土墩台。桥面铺装层采用水泥混凝土,伸缩缝采用填料式缝。减河桥布置情况如图1所示。该桥使用时间较长,随着所在线路交通量剧增及超载情况严重,目前桥梁结构状况较差,出现了部分损伤和病害,为了保证桥梁的正常安全运营,掌握目前桥梁的工作性能并对承载能力进行评估,对该桥进行了结构静、动载试验。1.2标准的设计标准设计荷载等级:汽车-13级。1.3质量评定标准依据中华人民共和国交通部JTJB01-2003《公路工程技术标准》和中华人民共和国交通部JTGF801-2004《公路工程质量检验评定标准》以及桥梁设计图等。1.4动载试验内容静载试验的主要内容为:主拱架控制截面的应变(中载、偏载)、主拱架控制截面的挠度(中载、偏载)、检查桥梁的裂缝及变位情况;动载试验内容为:桥跨结构自振频率、桥跨结构阻尼比、桥跨结构冲击系数。通过对比静、动载试验数据和理论计算分析结果,对桥梁的承载能力和工作状况做出综合评价。1.5减河桥计算结果利用桥梁专用有限元计算分析软件MIDAS/Civil建立了减河桥的空间计算模型,并对其进行静、动载试验的理论计算及模态分析,因此,解出的挠度、内力、应变和振型、频率等均具有较高的准确性,为正确地分析试验结果和评估结构状况奠定了基础。2静态加载测试2.1静态加载试验模型2.1.1应变片测试根据该桥特点,主要选择该桥的边跨作为测试截面,于2007年11月12日进行现场应变片布置,13日中午12∶00开始测试。边跨第一片桁架拱的测点分布见图2。2.1.2设计荷载效应根据所要达到的设计荷载等级以及控制截面的内力影响线(考虑折减系数及冲击系数),拟定分别采用2辆300kN的试验加载车进行加载,使其产生的荷载效应等效于设计荷载值作用下的最大控制效应。该次试验工况如下:工况1:两车纵桥向按跨中截面最不利内力和挠度布载,横桥向为中载;工况2:两车纵桥向按跨中截面最不利内力和挠度布载,横桥向为偏载;工况3:两车纵桥向按L/4截面最不利内力和挠度布载,横桥向为中载;工况4:两车纵桥向按L/4截面最不利内力和挠度布载,横桥向为偏载;各试验工况对应测试位置及试验加载效率系数,见表1。2.1.3试验车辆的参数该次静载试验共采用质量为300kN的试验加载车2辆。试验车辆主要参数见表2。2.1.4试验负荷配置根据桥梁设计控制截面的内力影响线,换算出试验工况的车辆布载形式,各工况的加载车位略,可参见后面计算结果。2.2静态加载试验的结果2.2.1将适应性计算值与测量结果进行比较见表32.2.2将方程的计算值和测量结果进行比较见表42.3结构的横向刚度桥梁结构在试验荷载作用下,通过各工况测试截面的应变及挠度实测值与分析值的校验系数看出,结构在各工况下的挠度校验系数均满足规范要求,只有个别校验系数接近1.0。结果表明,主拱片横向联系尚可,但横向刚度有减弱趋势。同时,结构在4种工况下的应变校验系数均在规范限值范围内,且个别校验系数接近规范限值。这也表明,主拱片荷载的横向分布较为均匀,结构尚具有一定的安全储备。经现场观察,该桥在相应荷载工况作用下,未发现有新的裂缝出现,各主要控制试验截面横向受力裂缝没有超过规范限值,且卸载后裂缝能闭合到小于容许值的1/3。3动态加载测试3.1试验的内容和方法该次试验采用了891-2型速度传感器,其工作频率范围在0.5～80Hz。3.2试验结果及分析3.2.1试验结果见表5和表63.2.2试验桥的力特性1)桥梁动态试验测得该桥一阶频率试验值3.13,较有限元计算值4.06小,说明减河桥的动力特性已不满足原设计要求,结构动刚度储备不足。2)试验桥的测试冲击系数最大为1.16,发生在时速60km/h跑车时,较理论计算值1.232小,说明试验桥抗冲击性能较原设计有所提高,桥面平整度较好。3)试验桥垂直方向阻尼比为0.018,水平方向阻尼比0.0056。4结构试验情况通过对减河桥进行静、动载试验以及试验数据分析,得出如下结论:1)从静载试验结果可见,主桥上部结构应变校验系数和挠度校验系数均在规范允许范围内,个别应变校验系数接近1.0,说明该桥横向刚度有减弱趋势;加载过程中,主要受力构件和节点未产生新的明显裂缝,但旧有裂缝明显开展,说明结构有进一步向塑性状态发展的趋势。2)桥梁动态试验测得该桥一阶频率为3.13Hz,接近于计算值4.06,说明减河桥整体动刚度储备虽然有所减弱,但尚能满足设计要求;该桥在试验车辆荷载作用下的最大实测冲击系数为1.16(发生速度60km/h),低于根据规范计算得到的1.232的冲击系数,表明试验桥抗冲击能力满足设计要求,桥面平整度较好。3)通过静、动载试验,并结合外观检查的结果表明,减河桥在汽车-20,挂-100的等效荷载作用下,所测试跨桁架拱片尚具有一定的应力储备,但结构的横向刚度有减弱趋势;根据振动测试结果表明,减河桥抗冲击性能和桥面平整度满足规