第８卷第５期 现代交通技术 ＶＯ１．８ Ｎｏ．５ ２０１１年１０月 Ｍｏｄｅｍ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｃｔ．２０１１ 跨铁路站场斜拉桥荷载试验分析 刘邵平－，ｚ （１．江苏省交通科学研究院长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室，江苏南京２１ １ １ １２； ２．江苏省公路桥梁工程技术研究中心，江苏南京２１１１１２） 摘要：和平大桥位于城市主干道上，跨越徐州铁路站场，铁路交通量极大。为了检验成桥后该桥梁承栽能力是 否满足正常使用状况的要求以及评估：卖际结构的动力Ｊ陛能，对全桥展开荷载试验分析。研究结果表明，和平大桥 的受力性能和正常使用状态极限承载力满足设计荷载等级城一Ａ级要求，结构工作状况良好。 关键字：斜拉桥；极限承载力；动力特性；ＭＩＤＡＳ 中图分类号：Ｕ４４１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—９８８９（２０１ １）０５—００５１—０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｓｐａｎｎｉｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｌｉｕ Ｓｈａｏｐｉｎｇ ， （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒｔａｒｙ ｏｆ Ｌａｒｇｅ—ｓｐａｎ Ｂｒｉｄｇｅ ｔｌｅａｌｔｈ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ＆Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍｉｎｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ＩＩ１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｐｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ｈｅａｖｙ—ｖｏｌｕｍｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ａｔ ｕｒｂａｎ ａｒｔｅｒｉａｌ ｒｏａｄ ａｎｄ ｓｐａｎｓ ａ ｒａｉｌｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ．Ｔｏ ｔｅｓｔ ｗｈｅａｔｈｅｒ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｒ ｎｏｔ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ Ｈｅｐｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｌｏａｄ ｇｒａｄｅ－Ａ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｈｅｐｉｎｇ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｉｎ ｇｏｏｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｕｈｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ＭＩＤＡＳ 为了保证新建桥梁成桥后的正常运营，有必要 面，桥面宽度２８ ｍ，双向６车道。索塔呈Ｈ型塔， 通过桥梁现场荷载试验对桥梁结构工作状态进行 上、中塔柱采用单箱单室空心断面。下塔柱空心变 直接测试．以此确定桥梁的实际承载能力。桥梁荷 截面，斜拉索结构采用双索面、密索、扇形，塔端为 载试验分为静载试验和动载试验。静载试验［ ］是对 张拉端，梁端为固定端，在主梁锚固处设多面钢锚 桥梁结构工作状态进行直接测试的一种鉴定手段。 箱。该桥的设计荷载为城一Ａ级汽车荷载。和平大桥 动载试验［２－］］是利用某种激振方法激起桥梁结构的 立面图见图１。为了检验成桥后桥梁的承载能力是 振动。然后测定其固有频率［４］、阻尼ｌ￣ｅ 、振型、动力 否满足正常使用状况的要求以及评估实际结构的 冲击系数等参数．从而判断桥梁结构的整体刚度、 动力性能，对全桥展开荷载试验分析。 行车性能。 １和平大桥整体概况 徐州市和平大桥跨铁路站场斜拉桥全长 ．＿＝ ｜ 一 １７６ ｍ＋１９２ ｍ，主桥采用单塔双索面预应力混凝土 ０ ２＃０ 斜拉桥，塔梁墩固结，主梁标准截面采用双主肋断 图１和平大桥全桥立面图 作者简介：刘邵平（１９８２一），男，湖南邵阳人，硕士研究生，主要从事桥梁监控、检测、加固设计等工作。 ・５２・ 现代交逄技术 ２０１１年 ２荷载试验实施方案设计 ２．１ 计算方法和有限元模型 利用桥梁结构分析专用程序Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ对该 桥进行结构计算分析。该桥横向设计为６个车行 道，采用城一Ａ级荷载加载，按６车道布载进行加 载，按照规范取０．５５的横向折减系数。由于该桥为 双主纵梁结构，按照空间效应采取梁格法建模计 算，根据桥梁的结构形式选用南、北两侧分别偏载 加载。根据主活载作用下的内力包络图以及现场可 操作平台最终确定各控制截面具体位置，见图２。各 测试截面的具体测试内容见表１。 图２测试截面位置示意图（单位：Ｉｎ） 表１各测试截面测试项目表 截面编号 位置 测试项目 ２．２静载试验方案 静载试验采用３０ ｔ车进行等效加载．为保证试 验效果．试验荷载的大小和加载位置的选择采用静 载试验效率系数进行控制，要求在０．８０—１．０５之间， 实测各截面荷载效率系数在０．９２～１．０３，满足要求。 静载试验效率为： 式中：．ｓ 为静载试验荷载作用下控制截面的内力计 算值：Ｓ为控制荷载作用下控制截面最不利内力计 算值；／ｘ为按规范取用的冲击系数。 由于该桥为双主纵梁结构，桥面较宽，加载时 采用局部加载，加载图示见图３。应力、挠度测点布 置见图４、图５，加载示意图见图６～图９。 ． ２８ ０００ ．Ｉ 口Ｉ口口 Ｉ ］ｒ，，————— 『 图３横向加载图（单位：ｍ） ．厂—————］． ｌ ２ ３ ４ ５ ６ 图４应力测点布置示意图 １ ２ ３ ４ ５ 图５挠度测点布置示意图 图６截面１－１车辆纵向加载图（单位：ｍ） 图７截面２－２、５—５车辆纵向加载图（单位：ｉｎ） 图８截面３－３车辆纵向加载图（单位：ＩＴＩ） ～ 图９截面４—４车辆纵向加载图（单位：ｍ） ２－３动载试验 动载试验包括车辆激励试验和自振特性测试 实验两部分。 车辆激励试验的测试截面选择在活载作用下 结构应变最大的位置处，布设ＫＤ４００１工具式动应 变计，采用ＤＲＡ一１０７Ａ数字动态应变测试仪对跑 车、刹车、跳车分别进行测试。 自振特性测试试验采用环境随机振动法。通过 传感器来采集天然脉动信号，并对各测点进行传函分 析和模态拟合得出该桥的各阶振动频率和阻尼值。 ３试验数据分析 ３．１静载试验 结构性能评定根据如下：一是按施工图进行计 算得到的理论检算值；二是按规范规定的挠度、强 度和裂缝容许值。从校验系数、实测值和理论值的 关系曲线、相对残余变位（或应力）、结构刚度要求 等４个方面来对连续梁桥进行评定。试验结果见图 １０、图１１，表２～表４。 第５期 刘邵平：跨铁路站场斜拉桥荷载试验分析 ・５３・ 表２试验荷载作用下测点相对残余变形表 ｍ， 嚣 Ⅲ／ Ⅲ， 嚣 ｍ叭瞻∞＝叭 兮∞∞傩∞ 的ｍ叭 ｍ ｍｍｍ ｍ ∞∞ 的ｍ ∞ ：吡ｍｍｍｍｍｍｍｍ 兮 ∞傩 Ⅺ￡ｊｍｍｍｍｍｍ ∞ｍ （ａ）１－１截面挠度图 测点号 （ｂ）２－２截面挠度图 测点号 测点号 图１Ｏ加载工况下截面挠度图 应力／ＭＰａ （ａ）１－１截面 应力 Ｐ丑 （ｂ）２－２截面 （ｄ）４—４截面 应力／ＭＰａ （ｅ）５－５截面 图１１加载工况下腹板应力图 表３关键截面应力校验系数统计分析表 测点位置 北偏加载／ｋＮ 理论值／Ｉ【Ｎ 校验系数 由试验数据可知： （１）在试验荷载作用下，各控制截面挠度实测 值均小于理论计算值，挠度校验系数小于１．０，结构 刚度满足设计要求； （２）在试验荷载作用下，各测试截面的关键测 点应变值均小于理论值。应力校验系数小于１．０，结 构强度满足设计要求； （３）在试验荷载作用下，各箱梁测试截面腹板 测点应变分布趋势和理论计算一致，基本沿高度呈 线性关系，说明箱梁截面应力分布满足平截面假 定，在试验荷载作用下处于线弹性状态； （４）在试验荷载作用下，索力增量实测值均 ・５４・ 现代交通技术 ２０１１年 小于理论计算值．索力校验系数小于１．０，表明结构 刚度大，整体受力性能较好； （５）位移测试控制截面量测的相对残余变形均 小于２０％，表明卸载之后结构的变形能够及时恢 复，结构处于弹性工作状态。 ３．２动栽试验 测定桥梁模态自振特性参数是桥梁振动试验 的基本内容，也是研究桥梁结构的抗震、抗风或抗 其它动荷载的性能和能力所必须了解的基本参数。 动载试验结果见表５、表６和图１２。 表５ 自振特性实测值与理论计算值对比表 测试项目 车速／（ｋｍ・ｈ ） 动力放大系数 由试验数据可知： （１）由模态试验基频和理论计算值对比可以看 出，试验桥跨自振频率的前２阶实测值均略大于计 算值，表明结构的整体刚度较大，满足设计要求； （２）本次试验桥梁１阶频率实测值为Ｏ．３６６ Ｈｚ， 由于自振频率是结构的固有特性。反映结构的整体 刚度，因此该特征参数可作为今后检查的一个参考 指标： （３）激励试验过程以不同的车速跑车作用时， 没有发现动应变急剧增加并在相当长的一段时间 内保持很大数值的现象。 ４结论 荷载试验结果表明：试验桥梁的受力性能和正 常使用状态极限承载力满足设计荷载等级城一Ａ级 时间，ｓ （ａ１ １０ ｋｍ／ｈ跑车时域波形图 ｅ 时间／ｓ （ｂ）２０ ｋｍ／ｈ跑车时域波形图 ｅ （Ｃ）２０ ｋｍ，｝ｌ刹车时域波形图 ｌ∞ 旦 懈 时ｌ司，ｓ ｆｄ）２０ ｋｍ／ｈ￣车时域波形图 图１２激励试验下测点应变时域波形图 参考文献 ［１］崔国宏，沈东强，高丽，等．新保安大桥成桥静动栽试验研 究［Ｊ］．铁道建筑，２００７（８）：５－７． ［２］韩艳，陈政清．茅草街大桥动力特性有限元模拟与分析 ［Ｊ］．公路，２００３（３）：６６—７０． ［３］李运生，张博庆，张彦玲．钢管混凝土拱桥空间自振特性 的分析［Ｊ］．石家庄铁道学院学报，１９９７，１０（４）：２１—２５． ［４］Ｎａｚｍｙ Ａ Ｓ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏａｄ—ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｒｅｅ— ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｓｔｅｅｌ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｅｇｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，１９９７，６５（６）． ［５］Ｔｏｒｋａｍａｎｉ Ｍ Ａ Ｍ，Ｌｅｅ Ｈ Ｅ．Ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｄｅｃｋ ｔｅｎｓｉｏｎ—ｔｉｅｄ ａｒｃｈ ｂｒｉｄｇｅｓ ｔｏ ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］＿ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍ２００２，７（１）． （收稿日期：２０１ １－０４—２５）
