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【摘要】通过一座钢架梁桥的静动载试验，测试桥梁在试验荷载作用下的工作状态，测定结构的强度、刚度及动力特性，并将实际测试值与理论计算值进行比较，从而判断桥梁整体结构的安全承载能力和使用条件。
【关键词】刚架拱桥；静动载试验；挠度；应变；动力特性
Experimental Study of XueGang Bridge Including Static and Dynamical Performance
of The Whole Structure
YANG Xing-xing，XU Yan
（College of Civil Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127）
Abstract： An experimental study concerning rigid frame bridge was developed on static and dynamical performance of the whole structure. Some mechanics performance factor including strength， rigidity and dynamic characteristics of the structure was tested through experiment. The practical value was analyzed with the theoretical value under the experimental load and the safety capacity and working status of the structure was evaluated through the method of static and dynamical loading test.
Key words： rigid frame；static and dynamical loading test；deflecting；strain；dynamic characteristics
薛港橋建于2016年，位于东台市境内，跨越川东港。为了确定其技术状况，受东台市水利建设有限公司委托，扬州市扬大工程检测中心有限公司于2016年12月按公路—Ⅱ级荷载标准[1][2]对该桥进行了静载和动载试验。静载试验测定在各工况试验荷载作用下刚架拱桥控制截面的应力和变形，动载试验测定该桥的冲击系数、自振频率、阻尼比。
1、薛港桥设计概况
薛港桥设计荷载：公路—Ⅱ级；主桥总宽：9.60m，引桥总宽8.0m，行车道7.0m；主跨采用67.2m钢桁架桥，边跨采用20m跨（南侧6×20m，北侧4×20m）的预应力混凝土空心板梁。上部结构采用67.2m钢桁架桥；引桥共10跨，跨径均为20m，上部结构为预应力钢筋混凝土大孔板。下部结构：主跨采用桩基承台基础，柱式桥墩；引桥采用灌注桩基础，双柱排架式桥墩（台）。
2、静载试验
桥梁静载试验是测量桥梁结构在静载试验荷载作用下的内力和变形。它是了解结构实际性能（刚度、强度等）最直接有效的办法[3]。
2.1加载车辆
本次试验的主要目的是检验结构承载力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。试验荷载选用四辆载重汽车，荷载效率系数η=0.92～1.09，即试验荷载产生的效应与公路—Ⅱ级荷载效应接近。（试验车辆的轴距及其质量表略）
2.2加载位置
刚架梁桥的钢桁梁L/2截面（杆件）和钢桁梁L/4截面（杆件），试验车辆分别于上述截面或杆件内力影响线的最不利位置上加载。纵向按两种加载位置布置车辆，即将试验车之重轴（中轴）分别布置于钢桁梁L/2截面处，钢桁梁L/4截面，加载位置布置见图1；横向按两辆车偏心布载。
2.3测点布置
应力（应变）测点分别布置于钢桁梁L/2截面处上弦杆1-1截面、斜杆2-2截面、竖杆3-3截面及下弦杆4-4截面，钢桁梁L/4截面处上弦杆5-5截面、斜杆6-6截面及下弦杆7-7截面；挠度测点分别布置于钢桁梁L/2截面和L/4截面处下弦杆上。各测试截面应力（应变）、挠度测点布置见图2。
图1 L/2截面加载位置布置图
图2 应变、挠度测点布置图
2.4测试程序
每一控制截面或杆件分两级加载，共2个工况。
2.5测试结果与计算分析
各截面的应变采用稳定性好、精度高并适合于野外环境的振弦式应变计进行测量，本桥采用SAP2000V14有限元计算软件对钢桁梁桥进行计算分析。
2.5.1挠度
各工况控制截面挠度实测值与计算值比较见表1，各工况挠度校验系数为：ξ=0.50～0.85<1.0；相对残余挠度为：S/p=4.3%～13.3%<20.0%。结果表明，结构刚度满足设计要求，钢桁架处于弹性工作状态[4] [5]。
2.5.2应变
工况一、工况二钢桁梁杆件截面应力实测值与计算值比较表略，仅列出工况二1级加载建表2。工况1应力校验系数为：η=0.52～0.86<1.0；相对残余应力为：S/p=2.0%～12.7%<20.0%；工况2应力校验系数为：η=0.54～0.89<1.0；相对残余应力为：S/p=3.1%～13.5%<20.0%。
结果表明，结构强度满足设计要求，钢桁架处于弹性工作状态[4]。
2.5.3裂缝
工况一～工况二时，未见钢桁梁出现裂缝。
3、动载试验 3.1测试仪器与系统组成
动载试验的目的是检测该桥的一些主要动力特性参数，本次检测采用941B型拾振器、DFS-8型信号放大器以及ADCRAS振动信号采集与处理分析系统组成桥梁结构动态应变测试系统。
3.2试验结果及分析
3.2.1冲击系数
在桥面跨中设置跳板，采用一辆载重约38kN的试验车以20～25km/h的速度驶过桥跨结构，测试桥跨结构在动荷载作用下的振动时程曲线，并通过计算分析得出桥跨结构的冲击系数[2]。
由跳车试验测得的动挠度曲线见图3，冲击系数实测值为0.14。主桥结构基频为2.73Hz，冲击系数理论值为0.16，即冲击系数实测值小于理论值。 3.2.2自振频率
通过基于自互谱综合函数的参数识别分析出振动模态参数，包括振动频率、阻尼比和振型。其振动频率和阻尼比见表3，表中自振频率的理论计算值采用SAP2000V14软件计算。由脉动试验测得试验桥一阶频率为2.73Hz，阻尼比2.404% 。
3.2.3振型
实测竖向振型与理论振型吻合较好，表明试验所采用的测试方法可行，测试结果可靠。
4、结论
4.1静力荷载试验结论
（1）本桥静载试验荷载效率基本满足规定要求，即本次试验加载有效，试验桥梁经受了公路—Ⅱ级荷载标准的内力考验。
（2）在试验荷载作用下，鋼桁梁各控制截面杆件测点应力实测值小于理论计算值，应力校验系数η<1.0，相对残余应力S/p<20.0%，结构强度满足设计要求，钢桁梁桥处于弹性工作状态。
（3）在试验荷载作用下，钢桁梁各控制截面挠度实测值小于理论计算值，挠度校验系数η<1.0，相对残余变形S/p<20.0%，结构刚度满足设计要求，钢桁梁桥处于弹性变形状态。
（4）各试验工况时，未见钢桁梁出现裂缝。
分析结果表明，钢桁梁桥结构强度、刚度满足设计要求，结构处于弹性工作状态， 具备一定的安全储备能力[4]。
4.2动力荷载试验结论
（1）通过动载试验测得桥梁的各阶频率，基频实测值与理论计算值接近；实测各阶阻尼比在正常范围内。
（2）由跳车试验测得桥梁最大冲击系数，小于冲击系数理论值，满足现行规范要求。
4.3综合上述分析结果，试验桥梁技术状况良好，满足公路—Ⅱ级荷载标准的承载力要求。
参考文献：
[1]公路工程技术标准（JTG B01—2003）.北京：人民交通出版社，2003.
[2]公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2004）.北京：人民交通出版社，2004.
[3]公路旧桥承载力鉴定方法（试行）. 北京：人民交通出版社，1988.
[4]胡大琳.桥涵工程试验检测技术. 北京：人民交通出版社，2000.
[5]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004.
作者简介：
杨星星（1993-），男 ，硕士研究生，从事桥梁结构研究；
许燕（1966-），男，副教授，从事桥梁结构研究。
【关键词】刚架拱桥；静动载试验；挠度；应变；动力特性
Experimental Study of XueGang Bridge Including Static and Dynamical Performance
of The Whole Structure
YANG Xing-xing，XU Yan
（College of Civil Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127）
Abstract： An experimental study concerning rigid frame bridge was developed on static and dynamical performance of the whole structure. Some mechanics performance factor including strength， rigidity and dynamic characteristics of the structure was tested through experiment. The practical value was analyzed with the theoretical value under the experimental load and the safety capacity and working status of the structure was evaluated through the method of static and dynamical loading test.
Key words： rigid frame；static and dynamical loading test；deflecting；strain；dynamic characteristics
薛港橋建于2016年，位于东台市境内，跨越川东港。为了确定其技术状况，受东台市水利建设有限公司委托，扬州市扬大工程检测中心有限公司于2016年12月按公路—Ⅱ级荷载标准[1][2]对该桥进行了静载和动载试验。静载试验测定在各工况试验荷载作用下刚架拱桥控制截面的应力和变形，动载试验测定该桥的冲击系数、自振频率、阻尼比。
1、薛港桥设计概况
薛港桥设计荷载：公路—Ⅱ级；主桥总宽：9.60m，引桥总宽8.0m，行车道7.0m；主跨采用67.2m钢桁架桥，边跨采用20m跨（南侧6×20m，北侧4×20m）的预应力混凝土空心板梁。上部结构采用67.2m钢桁架桥；引桥共10跨，跨径均为20m，上部结构为预应力钢筋混凝土大孔板。下部结构：主跨采用桩基承台基础，柱式桥墩；引桥采用灌注桩基础，双柱排架式桥墩（台）。
2、静载试验
桥梁静载试验是测量桥梁结构在静载试验荷载作用下的内力和变形。它是了解结构实际性能（刚度、强度等）最直接有效的办法[3]。
2.1加载车辆
本次试验的主要目的是检验结构承载力是否符合设计要求，故采用基本荷载加载。试验荷载选用四辆载重汽车，荷载效率系数η=0.92～1.09，即试验荷载产生的效应与公路—Ⅱ级荷载效应接近。（试验车辆的轴距及其质量表略）
2.2加载位置
刚架梁桥的钢桁梁L/2截面（杆件）和钢桁梁L/4截面（杆件），试验车辆分别于上述截面或杆件内力影响线的最不利位置上加载。纵向按两种加载位置布置车辆，即将试验车之重轴（中轴）分别布置于钢桁梁L/2截面处，钢桁梁L/4截面，加载位置布置见图1；横向按两辆车偏心布载。
2.3测点布置
应力（应变）测点分别布置于钢桁梁L/2截面处上弦杆1-1截面、斜杆2-2截面、竖杆3-3截面及下弦杆4-4截面，钢桁梁L/4截面处上弦杆5-5截面、斜杆6-6截面及下弦杆7-7截面；挠度测点分别布置于钢桁梁L/2截面和L/4截面处下弦杆上。各测试截面应力（应变）、挠度测点布置见图2。
图1 L/2截面加载位置布置图
图2 应变、挠度测点布置图
2.4测试程序
每一控制截面或杆件分两级加载，共2个工况。
2.5测试结果与计算分析
各截面的应变采用稳定性好、精度高并适合于野外环境的振弦式应变计进行测量，本桥采用SAP2000V14有限元计算软件对钢桁梁桥进行计算分析。
2.5.1挠度
各工况控制截面挠度实测值与计算值比较见表1，各工况挠度校验系数为：ξ=0.50～0.85<1.0；相对残余挠度为：S/p=4.3%～13.3%<20.0%。结果表明，结构刚度满足设计要求，钢桁架处于弹性工作状态[4] [5]。
2.5.2应变
工况一、工况二钢桁梁杆件截面应力实测值与计算值比较表略，仅列出工况二1级加载建表2。工况1应力校验系数为：η=0.52～0.86<1.0；相对残余应力为：S/p=2.0%～12.7%<20.0%；工况2应力校验系数为：η=0.54～0.89<1.0；相对残余应力为：S/p=3.1%～13.5%<20.0%。
结果表明，结构强度满足设计要求，钢桁架处于弹性工作状态[4]。
2.5.3裂缝
工况一～工况二时，未见钢桁梁出现裂缝。
3、动载试验 3.1测试仪器与系统组成
动载试验的目的是检测该桥的一些主要动力特性参数，本次检测采用941B型拾振器、DFS-8型信号放大器以及ADCRAS振动信号采集与处理分析系统组成桥梁结构动态应变测试系统。
3.2试验结果及分析
3.2.1冲击系数
在桥面跨中设置跳板，采用一辆载重约38kN的试验车以20～25km/h的速度驶过桥跨结构，测试桥跨结构在动荷载作用下的振动时程曲线，并通过计算分析得出桥跨结构的冲击系数[2]。
由跳车试验测得的动挠度曲线见图3，冲击系数实测值为0.14。主桥结构基频为2.73Hz，冲击系数理论值为0.16，即冲击系数实测值小于理论值。 3.2.2自振频率
通过基于自互谱综合函数的参数识别分析出振动模态参数，包括振动频率、阻尼比和振型。其振动频率和阻尼比见表3，表中自振频率的理论计算值采用SAP2000V14软件计算。由脉动试验测得试验桥一阶频率为2.73Hz，阻尼比2.404% 。
3.2.3振型
实测竖向振型与理论振型吻合较好，表明试验所采用的测试方法可行，测试结果可靠。
4、结论
4.1静力荷载试验结论
（1）本桥静载试验荷载效率基本满足规定要求，即本次试验加载有效，试验桥梁经受了公路—Ⅱ级荷载标准的内力考验。
（2）在试验荷载作用下，鋼桁梁各控制截面杆件测点应力实测值小于理论计算值，应力校验系数η<1.0，相对残余应力S/p<20.0%，结构强度满足设计要求，钢桁梁桥处于弹性工作状态。
（3）在试验荷载作用下，钢桁梁各控制截面挠度实测值小于理论计算值，挠度校验系数η<1.0，相对残余变形S/p<20.0%，结构刚度满足设计要求，钢桁梁桥处于弹性变形状态。
（4）各试验工况时，未见钢桁梁出现裂缝。
分析结果表明，钢桁梁桥结构强度、刚度满足设计要求，结构处于弹性工作状态， 具备一定的安全储备能力[4]。
4.2动力荷载试验结论
（1）通过动载试验测得桥梁的各阶频率，基频实测值与理论计算值接近；实测各阶阻尼比在正常范围内。
（2）由跳车试验测得桥梁最大冲击系数，小于冲击系数理论值，满足现行规范要求。
4.3综合上述分析结果，试验桥梁技术状况良好，满足公路—Ⅱ级荷载标准的承载力要求。
参考文献：
[1]公路工程技术标准（JTG B01—2003）.北京：人民交通出版社，2003.
[2]公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2004）.北京：人民交通出版社，2004.
[3]公路旧桥承载力鉴定方法（试行）. 北京：人民交通出版社，1988.
[4]胡大琳.桥涵工程试验检测技术. 北京：人民交通出版社，2000.
[5]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）.北京：人民交通出版社，2004.
作者简介：
杨星星（1993-），男 ，硕士研究生，从事桥梁结构研究；
许燕（1966-），男，副教授，从事桥梁结构研究。