双悬臂梁桥试验检测及安全技术评价

金 龙 ，曾兆权

（1.四平公路工程质量监督站，吉林四平 136000；2.松原市公路管理处，吉林松原 138000）

1 桥梁概况

嘎呀河大桥位于吉林省延边州图们市境内的珲乌公路（302国道）K65+722处，该桥跨越嘎呀河，桥梁于1963年11月15日建成通车。桥梁全长330 m，桥孔布置为1×9 m+13×24 m+1×9 m，上部结构型式为双悬臂梁桥，偶数孔为锚固孔，奇数孔为钢筋混凝土悬臂梁和挂梁孔，锚固孔跨径为24 m，悬臂梁悬臂长度为6.5 m（挂梁孔）和9 m（第1孔和第15孔），挂梁长度为11 m，挂梁计算跨径为10.6 m，锚固孔跨中梁高1.25 m，锚固孔支点梁高2 m，挂梁梁高1.15 m，横桥向设置2个梁肋，梁肋间距为6 m，梁肋底宽0.65 m，梁肋间采用双向板纵横梁联接。

2 检测项目及方法

该项荷载试验结合现场实际作业条件，选定嘎呀河大桥的第5孔(挂梁孔)和第6孔(锚固孔)进行荷载试验。测试桥梁跨中截面的挠度和应变、桥墩支点的应变、牛腿位置的应变，挂梁支点位置的应变、悬臂端挠度和桥梁动态波形等内容。荷载试验过程中，根据结构受力特点，采用六种不同的加载工况。该桥在进行荷载试验时，考虑现在桥梁使用状况，采用《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021—89）中的汽车—15级、挂车—80荷载，人群荷载3.5 kN/m2。

3 理论计算

桥梁结构计算包括的内容如下：

（1）因桥梁已经建成，按照规范要求的荷载控制组合（组合Ⅱ）计算出控制截面总内力后需对结构自重进行扣除。

（2）扣除结构自重后再次计算桥梁各个控制截面的结构内力，然后反算加载车重量，以满足试验的荷载效率。

（3）根据实际加载重量计算桥梁在试验荷载作用下各个控制截面的内力。

该次荷载试验采用六种不同的加载工况，各种加载工况在各个控制截面产生的内力见表1[1]所列。

表1 各种工况控制截面内力表

通过计算得到的弯矩、横向分布系数和换算截面惯性矩，并结合现场实际测得的混凝土弹性模量，计算得到在各种试验加载工况下控制截面的应变理论计算值和挠度理论计算值，具体计算结果见表2～4所列。

表2 跨中及支点截面应变理论计算值一览表（单位：με）

表3 牛腿位置应变理论计算值一览表（单位：με）

表4 控制截面挠度理论计算值一览表（单位：mm）

该项动载试验采用跑车和跳车两种试验方法。该桥结构的动力性能理论计算数值如下。

（1）根据《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60—2004）给出的一阶振频率计算公式，计算得第五孔桥（挂梁孔）一阶振频，第六孔桥（锚固孔）一阶振频。

（2）因原《公路桥涵通用设计规范》（JTJ 021—89）给出的冲击系数计算公式只与结构跨径有关，与结构形式无关，这种计算方法不够精确[2]。该项试验采用《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60—2004）上给出的冲击系数公式进行计算（μ=0.176Inf-0.0157），计算得第五孔桥（挂梁孔）车辆冲击系数1+μ=1.450，第六孔桥（锚固孔）车辆冲击系数 1+μ=1.247。

4 校验系数

校验系数η=Se/SS（Se：试验荷载作用下测量的应变或挠度值；SS：试验荷载作用下理论计算的应变或挠度值），各种工况下跨中截面的应变、挠度校验系数η值如表5～8所列。

表5 跨中及支点应变校验系数一览表（单位：%）

表6 牛腿位置应变校验系数一览表（单位：%）

表7 跨中截面挠度校验系数一览表（单位：%）

表8 悬臂梁端挠度校验系数一览表（单位：%）

5 相对残余变形

相对残余变形是评价结构构件承载后弹性工

作状态的指标，相对残余变形S'P可按：S'P（SP/St）×100%

式中：SP——试验荷载作用下跨中挠度残余变形；St——试验荷载作用下跨中挠度总变形。其跨中及悬臂梁端截面相对残余变形见表9、表10所列。

表9 跨中截面相对残余变形一览表（单位：%）

表10 悬臂梁端截面相对残余变形一览表（单位：%）

动载试验采用吉H 61618工程车进行桥梁动载试验。动载试验采用跑车试验和跳车试验两种方法[3]。跑车试验是车辆以 20 km/h、40 km/h、60 km/h的均匀速度通过桥梁，从测得的波形记录中分析结构的冲击系数和结构基频。实际测量结果见表11、表12所列。

表11 冲击系数（1+μ）实测值一览表

表12 第一孔基频实测值一览表（单位：Hz）

6 鉴定结论

（2）应变校验系数ηy值，实测ηy值范围：第5孔（挂梁孔）跨中截面工况一和工况二ηy=63.64%～84.72%，5号墩主梁支点截面工况三和工况四ηy=50.00%～78.79%，第 6孔（锚固梁）跨中截面工况五和工况六ηy=29.78%～64.29%，第5孔挂梁牛腿控制截面工况三和工况四ηy=42.86%～147.06%，第5孔悬臂牛腿控制截面工况三和工况四ηy=40.00～126.92%。从测量数据可以看出，该桥挂梁和锚固梁的跨中应变校验系数均小于100%且基本符合部颁鉴定办法的要求范围，而挂梁支点和悬臂端牛腿位置的应变校验系数大于100%的占全部测量应变的42%（部颁鉴定办法中提供的钢筋混凝土梁桥应变值ηy常见范围为40%～80%）。说明该桥的跨中和锚固梁支点位置的截面强度较高，部分位置还存在较大的安全储备，但是实测数据反映挂梁和悬臂梁牛腿位置的截面强度却较为薄弱（特别是牛腿的抗剪能力），从牛腿位置的病害情况也能反映出这个问题。

（3）挠度校验系数ηr值，实测ηr值范围：第 5孔（挂梁孔）跨中截面工况一和工况二ηr=89.43%～127.66%，第5孔（挂梁孔）悬臂梁端截面工况一和工况二ηr=67.11%～83.33%，第6孔（锚固梁）跨中截面工况五和工况六ηr=49.72%～76.74%。从试验数据可以看出，挂梁的挠度校验系数几乎全部超过了90%，而锚固梁和悬臂梁端的挠度校验系数均小于90%（部颁鉴定办法中提供的钢筋混凝土梁桥挠度ηr值常见范围为50%～90%）。从上述数据可以看出该桥的挂梁结构整体刚度较差，而锚固梁和悬臂梁结构的整体刚度较高，并且有一定的安全储备。

（4）该桥各控制截面在各种工况下相对残余变形为3.17%～16.67%，相对残余变形均满足部颁鉴定办法中需小于20%的要求，通过相对残余变形表明该桥主梁处在良好的弹性工作状态下。

（5）挂梁孔跑车试验实测冲击系数为1.448～1.593，理论计算值为1.450，实测冲击系数接近或大于理论计算值，说明挂梁孔在正常工作状态下的动力性能较差，车辆附加冲击应力较大。锚固孔跑车试验实测冲击系数为1.020～1.034，理论计算值为1.247，实测冲击系数小于理论计算值，并且接近于1，说明锚固孔在正常工作状态下的动力性能良好，车辆附加冲击应力较小。

（6）挂梁孔跳车试验实测结构基频为5.17 Hz，锚固孔跳车试验实测结构基频为3.14 Hz，而挂梁孔理论计算结构基频为14.708 Hz，锚固孔理论计算结构基频为4.427 Hz，实测结构基频均小于理论计算值，特别是挂梁实测值与理论计算值相差较大，说明桥梁结构的实际动刚度较弱。

（7）通过桥梁的荷载试验可以看出，该桥锚固孔的承载能力能够满足规范要求，并有一定的安全储备，而挂梁和牛腿位置承载能力和刚度均较为薄弱。综合评价该桥的承载能力不能达到汽—15级，挂车—80的荷载等级标准。

从试验结果看，该桥锚固孔的承载能力能够满足规范要求，并有一定的安全储备，而挂梁和牛腿位置承载能力和刚度均较为薄弱。综合分析该次试验的数据结果，该桥的承载能力不能达到汽车—15级，挂车—80的荷载等级标准。也说明该种型式的桥梁牛腿位置为承载能力薄弱位置。建议今后需对该桥进行长期观测，并进行必要的加固维修，以增强牛腿位置的受力性能。

[1]姜占平，等。双悬臂梁桥试验检测及技术评价[J],吉林交通科技,2010，(1):45-48.

[2]金辉.双悬臂梁桥提载应用研究[J].公路,2010，(3):91-95.

[3]王文才.钢筋混凝土双悬臂旧桥的加固研究[J].中国公路,2005，(12):78-79.

[4]刘小勇,韩辉,泰州大桥工程项目建设单位安全管理实践探讨

[J],中国安全生产科学技术,2010，(02):157-162.