第４０卷第８期 ２ ０ １ ４年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎ０．８ Ｍａｒ． ２０１４ ・２２５・ 文章编号：１００９－６８２５（２０１４）０８—０２２５—０３ 谈连续刚构梁桥荷载试验 内 孜 （贵州省交通科学研究院有限责任公司，贵州贵阳５５０００８） 摘要：以某高速公路连续刚构桥为例，介绍了连续刚构桥的荷载试验及分析方法，通过对成桥进行现场静力和动力荷载试验，测 得各种力学性能指标，通过对试验结果进行分析，并与理论计算值进行比较，进而对桥梁的整体受力性能和承载能力做出评价。 关键词：静动载试验，连续刚构桥，承载能力 中图分类号：Ｕ４４１．２ 文献标识码：Ａ ０ 引言 桥梁荷载试验是判定桥梁承载性能的重要手段。通过对桥 该桥结构内力计算采用通用的空间有限元分析软件ＭＩＤＡＳ／ Ｃｉｖｉｌ进行。有限元计算模型见图１。 梁结构进行直接加载测试，对测试所得数据进行分析，了解桥梁 结构在荷载作用下的实际工作状态。检验桥梁结构受力性能是 否满足设计要求，并根据检测结果，为今后的营运、养护管理提供 依据。一般分为静载和动载试验。桥梁结构的静载试验是将静 止的荷载作用在桥梁上的指定位置而测试结构的静应变、静位移 以及其他试验项目，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态 以及使用能力；动载试验是通过测试桥梁自身的动力特性参数以 及车辆移动荷载引起的车致振动等等动力荷载参量，判断日常运 营过程中动荷载对结构物的影响，从而判断桥梁的营运状况以及 承载能力。 图１有限元模型 ２．２测试截面及测点布置 根据连续刚构桥的受力特点及有限元计算结果，选择结构主 要控制截面进行静载试验。了解测试截面在试验荷载作用下的 应变及挠度。 连续刚构梁桥集合了连续梁桥和Ｔ型刚构桥的受力特点，结 构跨越能力大，施工技术成熟，造价相对较低，是预应力混凝土大 结构应变测试截面如图２所示，Ｋ１，Ｉ（２和ｌ（３共３个截面，其 中Ｋｌ截面为主跨跨中截面；Ｋ２为主墩墩顶负弯截面；Ｋ３为边跨 最大正弯截面。在每个测试截面底部布置５个应变测点，共设置 １５个应变测点。在各测点上粘贴电阻应变片。电阻应变片的粘 跨径梁式桥的主要桥型…。 １ 工程概况 某高速公路桥梁全长６６４．１２ ｍ。主桥跨径９６ ｍ＋１８０ ｍ＋ 贴方向与测试截面的受力方向平行。测点具体布置如图３所示。 ９６ ｍ，为预应力混凝土连续刚构桥，桥宽１１．２５ ｍ。设计荷载等 级：公路一Ｉ级。主梁为单箱单室，混凝土标号为Ｃ５５，采用三向 预应力钢筋混凝土结构。桥梁下部采用双肢薄壁墩，桥台为重力 式桥台，扩大基础。 ２静载试验 ２．１ 理论计算 图２应变测试控制截面示意图 ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｄｅｃｋｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ［５］ 王春生，冯亚成．正交异性钢桥面板的疲劳研究综述［Ｊ］．钢 Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５，８（６１）：１１７２—１１８４． 结构，２００９，２４（９）：１０—１３． ［４］ 陆林祥，崔海军．横隔板缺口型式对正交异性钢桥面板力学 ［袁卓亚，等．正交异性钢桥面板中弧形缺口 ６］ 李立峰，张东波，性能的影响［Ｊ］．西部交通科技，２００９（１０）：１８． 的受力分析［Ｊ］．公路交通科技，２０１２，２９（４）：５５－６１． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｏｕｔｓ ｏｎ ｄｉａｐｈｒａｇｍｓ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ＹＵＡＮ ＹＯＵ－ｗｅｉ’ ＭＥＩ Ｓｈｕａｉ — （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ， 胁嘶ｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｏｆ ａ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｕｓｉｎｇ ｉｆｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢＡＱＵＳ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｏｕｔｓ ｏｎ ｄｉ— ａｐｈｒａｇｍ ｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｏｆ ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｂｅｔｔｅｒ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｃｕｔｏｕｔｓ ｏｎ ｄｉａｐｈｒａｇｍｓ ｗｅｒｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｓｔｅｅｌ ｂｒｉｄｇｅ ｄｅｃｋ，ｃｕｔｏｕｔｓ Ｏｉｌ ｄｉａｐｈｒａｇｍｓ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ 收稿日期：２０１４—０１—１７ 作者简介：肖毅（１９８６．），男，助理工程师 ・２２６・ 第４０卷第８期 ２ ０ １ ４年３月 山 西 建 筑 动力荷载试验的目的在于研究公路桥梁结构的动力性能，动 载试验包括脉动试验和强迫振动试验，主要测试全桥的动力特 性，通过测定动力系数、模态参数、动力荷载等参量，从而判断桥 梁营运状况和承载能力。 ①②③④⑤ 通过在大桥桥面布置速度传感器，测得该桥典型测点的脉动 时程曲线，通过对曲线进行傅立叶变换，测得主跨的竖向前２阶 图３应变测点布置示意图 选择主跨和边跨四等分点处截面为试验挠度控制截面。变 竖向自振频率。并与空间有限元程序动力分析所得桥梁的动力 形测试截面如图４所示。 特性值进行对比。结果如表４所示。 量 ４ ２ 丝 ４ 量土丝 ４ ２ ４ 表４ 自振频率实测值与计算值 振动阶次 竖向１阶 竖向２阶 自振频率／Ｈｚ 实测值 计算值 实测值 计算值 １．００ Ｏ．９２ １．６２ １．３１ ① ② ⑧ 从表４看出结构实测的前２阶自振频率大于理论计算值，说 明该桥总体刚度较理论大，结构传递振动能力及均质性较好。 强迫振动是结构受到随时间变化的外力时所显示的反映，本 ６０ ｋｍ／ｈ的时速匀速通过桥面，通过测定不同车速激振下的动应 表５不同车速实测冲击系数及动应力 车速／ｋｍ・ｈ １０ ２０ ４０ ６０ 图４变形测试控制截面示意图 ２．３试验荷载工况 应力，主跨挠度。 应力。 ｋＮ汽车分别以１０ ｋｍ／ｈ，２０ ｋｍ／ｈ，４０ ｋｍ／ｈ， 工况１：对主跨跨中Ｋｌ截面正弯矩对称加载。测量Ｋｌ截面 次试验利用１辆重４１０ 工况２：对墩顶根部Ｋ２截面负弯矩对称加载。测量Ｋ２截面 变，计算得到该桥的动力冲击系数如表５所示。 工况３：对边跨最大正弯ｌ（３截面正弯矩对称加载。测量ｌ（３ 截面应力，边跨挠度。 ＞中击系数 １．０５ １．０５ １．０６ １．１０ 动应力 ０．３１ ０．２９ Ｏ．３】 Ｏ．３３ ２．４荷载效率 根据理论计算出全桥内力包络图、主要控制截面的设计弯矩 值以及规范对静载试验各工况下的试验荷载效率系数范围的要 载过程分为三级加载。 试验过程中各工况的荷载效率及主要测试内容见表１。 表１ 静力荷载效率及主要测试内容 工况 ｌ 从表５中可以看出，桥梁冲击系数随着车速的升高呈现出增 线性关系。桥梁桥面总体平整度良好，无较大颠簸。 求。本桥试验利用６辆单车重４１０ ｋＮ的车队进行加载。试验加 大的趋势。测试截面的动应力测试值表现出与荷载存在较好的 ４试验结论 １）本次试验的静力荷载试验效率（田）介于０．９０—０．９７之间， 满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中的要求，说明本次荷载 试验反映了桥跨结构在标准荷载作用下的受力性能。 ２）通过静力荷载试验，在各工况下，测试截面的应力校验系 数、挠度校验系数满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》中不大 荷载效率 ０．９５ 控制截面及加载项目 主跨跨中Ｋｌ，正弯矩 主要测试项目 应变、挠度 ２ ３ ｏ．９７ Ｏ．９Ｏ 墩顶根部ｌ（２，负弯矩 边跨最大正弯Ｋ３，正弯矩 应变 挠度 ２．５测试结果及分析比较 理论计算值比较结果如表２和表３所示。 表２荷载工况下应变实测值与理论计算值分析 工况 工况１ 工况２ 工况３ 在各荷载工况下，测量所得各试验截面最大应变、挠度值与 于１的要求，相对残余应变及相对残余变位满足《公路桥梁承载 能力检测评定规程》中所规定的 ．＜０．２０的要求。各试验截面 在试验荷载作用下表现出正常的工作性能，结构的变形规律、控 残余应变 相对残余应变 ０ Ｏ ３ Ｏ．ｏｏ Ｏ．ｏ０ Ｏ．ｏ９ 最大弹性应变值／ ｓ 实测值 计算值 ４１ 一ｌ１ ３２ ６０ —３０ ４４ 校验系数 Ｏ．６８ Ｏ．３６ ０．７２ 制截面的应力与理论计算值基本相符，说明桥跨结构的截面刚度 和整体刚度满足要求。 ３）动载试验结果表明，结构实测自振频率与跨径相近的同类 桥梁相比，在正常范围以内，且略大于理论计算值，说明桥梁的总 从表２可看出，各试验截面在加载工况下，各测点应力校验 体刚度较好，结构传递振动能力及均质性较好；桥面无障碍行车 系数均小于１．０，且各测点示值均匀；试验桥跨在卸载后各点恢复 情况下，结构冲击系数满足规范规定，桥梁动力性能较好。 情况较好，相对残余应变满足相关规范所规定Ｏｔ。＜０．２０的要求， ５结语 表明结构工作在弹性变形范围内，整体受力性能较好。 通过对大桥进行荷载试验以及对试验数据的计算分析表明， 表３荷载工况下挠度实测值分析 工况 工况１ 该大桥整体工作性能处于弹性状态，承载能力满足设计荷载等级 的使用要求。 参考文献： 最大挠度值／ｎｌｍ 校验系数 ０．４６ 残余挠度 相对残余挠度 Ｏ．１９ ０．０２ 实测值９．４４ Ｉ 计算值 １２０．５６ 工况３ ４．１０ Ｉ ７．ｏ０ ０．５９ ０．０７ ０．０２ ［１］ 袁茜，周超民．连续刚构梁桥荷载试验分析［Ｊ］．山西建 从表３可以看出，各试验截面在加载工况下挠度校验系数为 筑，２０１２，３８（２２）：１８８—１９０． ０．４６～０．５９，均小于１．０，相对残余挠度系数小于０．２，说明结构弹 ［２］ 张显昆．主跨１６０ ｍ连续刚构桥静力荷载试验与结果评价 性恢复性能较好。 ［Ｊ］．山西建筑，２０１３，３９（８）：１５０－１５２． ［３］ ＹＣ４—１９８２，大跨径混凝土桥梁的试验方法［ｓ］． ３动载试验 第４０卷第８期 ２ ０ １ ４年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．８ Ｍａｒ．２０１４ ・２２７・ 文章编号：１００９・６８２５（２０１４）０８—０２２７－０２ 大梁山隧道涌水分析及治理措施 刘欣超 （天镇至大同高速公路建设管理处，山西大同０３７００６） 摘要：结合工程实例，对隧道地下涌水问题进行了分析，探讨了隧道地下涌水出现的原因，通过对隧道涌水量性评价及预测，提 出了相关的处理措施，为今后的同类工程施工积累了宝贵的施工经验。 关键词：隧道，涌水，治理方案 中图分类号：Ｕ４５７ 文献标识码：Ａ 不均，一般约１ ｍ一７ ｍ，最厚处（大背沟一带）达１９．５ ｍ，水量受 １ 工程概况 水化学类型为ＨＣＯ －Ｃａ・Ｍｇ 天镇至大同段高速公路是山西省境内承西启东、纵贯南北、 颗粒级配影响较大。富水性较强，矿化度２００ ｍ Ｌ～４００ ｍｇ／Ｌ，水质较好。 通达四邻高速公路网的重要组成部分。路线途经天镇县、阳高 型，县、大同县，终点设于大同县官堡村东与拟建的大浑高速公路官 堡枢纽起点连接，路线全长９６．９９ ｋｍ。大梁山隧道左线全长 ６ ０１５ ｍ，最大埋深３６４．４６ ｍ。 ２）变质岩裂隙水。 这主要分布于隧址区基岩山区，含水岩组主要由下太古界集 宁群瓦窑口组、右所堡组麻粒岩、片麻岩及变辉绿岩、伟晶岩等组 含水岩组岩性比较单一，特别是不能按岩性变化区分岩体内 由于项目所处地形较复杂，隧道平面线形主要采用半径 成，岩体的富水因素主要决定于岩体所处的 ２ ９００ ｍ和２ ３００ ｍ左右的圆曲线。大梁山特长隧道所穿过的山 的隔水岩组与富水岩组，外部环境：地形地貌、气候条件和岩体的内在因素：岩体内的各种 脉，整个的形式北高南低，单向纵坡设计，坡比为１．９％。 ２水文、气象及地质状况 隧道围岩由下太古界集宁群右所堡组（Ａｒ Ｙ）黑云紫苏斜长 片麻岩、紫苏变粒岩及下太古界集宁群瓦窑口组（Ａｒ。Ｗ）紫苏角闪 变粒岩夹浅粒岩组成，以硬质岩为主，地质构造较为稳定。海拔 为１ ２００ ｍ左右，属中温带性季风气候，四季分明，日温差大， 裂隙（风化、构造）发育程度、裂隙间的结合程度、岩体的构造形 态、岩体内分布的断裂构造性质与规模、产状等内外诸多因素， 岩体的富水性、透水性及其变化规律严格受上述因素控制。地 下水的赋存空间主要为岩体内的各种裂隙，并以普通的变质岩 裂隙为主。 无霜期短，冬季少雪干冷，多晴朗天。平均气温为６．６ ｏＣ，最冷月 ４隧道涌水量评价及预测 隧道涌水量的评价方法主要有以下几种： 份在１月，平均气温为一１２℃左右；年平均降水量为６６５ ｍｍ；最 大冻土深度为１３６ ｃｍ。 １）水理统计法。 ２）水平衡法。 ３涌水原因分析 在隧道施工过程中，如果围岩比较松散或者围岩破碎，开挖 最常用的工具及手段，以水平衡为原理，在查明有保证的根 本补给来源的情况下，确定隧道的极限涌水量值，适用于地下水 方式不当、初期支护不及时，很容易造成断层、岩体松散段。地下 形成较简单的情况，比如小型自流盆地等。 水在水头压力和其他压力的综合作用下，克服阻力，会通过裂隙 以突然的方式涌入隧道，称之为涌水，又称之为突水。涌水突泥 不仅对隧道施工造成严重影响，而且给运营带来了极大的不便。 ３）解析法（地下水动力学法）。 在隧道涌水量计算中应用较为普遍常用，但是容易受到人 经济及地形的影响。所以基岩地区多用此方法。 隧址区地下水，区域地貌特点是大梁山山脊，中部较高，隧道 力、物力，以稳定流或非稳定流理论的裘布依公式、泰斯公式两大理论为基 进出口的南北两端较低。 １）松散岩类孔隙水。 这主要分布于隧址区范围的基岩山间沟谷内。含水岩组由 础，又研究出很多预测隧道涌水量的经验手段。 ４）比拟法。 第四系砂土及碎石土组成，平面上沿山间沟谷呈条带状分布，含 简便快捷，适用于已开工的隧道。预测的精度和试验段的施 水层断面呈三角形或梯形，含水层状态为层状，含水层厚度分布 工段的相似性有关。Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ＸＩＡ０ Ｙｉ （Ｇｕ￣ｈｏｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｓｔｎｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｉｄ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｒｉｄｇｅ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｂｒｉｄｇｅ ｓｃｅｎｅ，ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙ・ ｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ．Ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ ｒｅｓｐｏｎｄ．ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ 收稿日期：２０１４－０１－０４ 作者简介：刘欣超（１９８６．），女，助理工程师
