摘要 本文以某大跨径预应力混凝土连续刚构箱梁桥为工程背景，对该桥进行静动载试验和有限元分析，对其主要技术参数进行了计算和试验分析,并依据相关规范对该桥的承载能力和动力试验结果进行评定，检验其成桥后的结构实际状态和工作性能，为大桥工程验收提供科学的依据，为同类桥梁提供参考。

关键词： 桥梁工程 大跨径 预应力 刚构桥 静动载试验 有限元分析

1 引言

连续刚构桥是预应力混凝土大跨梁式桥的主要桥型之一，连续刚构桥的主要特点是主梁连续墩梁固接，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T形刚构不设支座和无须体系转换的优点，方便施工，而且较大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度能很好地满足较大跨径桥梁的受力要求。因此，它是一种极有生命力的桥梁结构,已成为大跨度预应力混凝土桥梁的首选桥型。

桥梁结构试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种鉴定手段，是对桥梁结构性能的最直接、最可靠的检测方法。静载试验可以直接了解桥梁结构的承载能力情况，验证桥梁结构的设计理论和计算方法，确定和判断桥梁的施工质量和桥梁结构的承载能力。

 

工况

控制截面

加载方式

加载车数

加载效率

1

边跨最大正

弯矩截面

对称加载

5

0.97

2

左侧偏载

3

右侧偏载

4

支点截面

对称加载

11

0.93

5

中跨跨中截面

对称加载

5

0.93

6

左侧偏载

7

右侧偏载

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2 桥梁概况

某新建高速公路上的一座特大桥梁，桥梁主跨采用预应力混凝土连续刚构，跨径为（85+155+85）m，上部结构采用单箱单室变截面连续刚构箱梁，梁宽12.25m（11.25m+2×0.5m的防撞栏杆），箱底板宽6.0m，箱梁顶板为2%的单向横坡，采用挂篮悬臂浇筑施工。箱梁根部梁高为9m，边跨直线段及主跨跨中处3.5m，梁高变化段采用二次抛物线过渡，箱梁底板厚度从跨中的28.0cm变化至主墩顶的120cm，腹板从跨中的45cm变化至主墩顶的100cm。主跨桥墩为5.0m×6.0m的钢筋混凝土薄壁空心墩，最高的墩柱有100多m，基础为4f2.8m双排钢筋混凝土钻孔灌注桩群桩基础。设计荷载：汽超-20，挂-120。主桥的布置及中跨跨中截面如图1和图2所示。

图1 平面布置图（单位：cm）

 

 

图2 中跨跨中横截面（单位：cm）

3 有限元模型

采用MIDAS软件建立结构的有限元模型，模型采用梁单元模拟，其中上下部结构分别采用变截面的箱梁单元和一般梁单元模拟。虽然该桥部分结构的弯曲半径为830m，但相关资料表明其对结构的受力性能影响较小，因本文分析采用直线的有限元模型。同时为了简化模型，结构的基础采用等效刚度法计算出等效桩长，建立有限元模型，如图3所示.

图3　有限元计算模型

4 试验工况

根据设计荷载和试验荷载计算结果，考虑桥梁实际使用荷载特点，选择七种最不利荷载工况进行静载试验，具体工况如表1所示。为确定各种工况相应的最不利等效荷载，首先计算各控制截面的影响线，再按设计要求的可变荷载，按文献4规定求出各控制截面相应的最大内力，最后根据影响线分布采用等效加载方式确定实际加载车辆的平面位置。试验车辆统一采用350kN重车，标准轴重及轴距符合规范要求。车辆数及加载效率见表1。

表1　试验工况和加载效率

4.1 静载试验工况

静载试验工况如表1所示。

4.2 动载试验工况

（1）脉动试验。

桥梁自振特性采用脉动法测量。此法不需要使用笨重的激振设备，只需要使用高灵敏度的传感器放大器、信号采集设备和一套相应的谱分析软件，就可以测得结构自振特性。该法充分利用了环境振动的特点和结构在环境振动激励下的振动特征,是一种简易而可靠的方法。对结构来说，每个结构都有自己的固有频率，对于外界如环境振动的激励，由于相位的原因，和结构的固有频率相同或接近的激励能量容易被结构吸收，使结构在该频率下的振动能量增大；而和结构的固有频率相差较大的那些激励能量则很难被结构吸收，甚至会抵消结构振动的部分能量，在这些频率下结构的振动能量就比较小，用高灵敏度的传感器记录下结构在环境振动激励下的振动信号进行分析，即可得到结构的自振特性。www.tmgc8.com

（2） 无障碍行车试验。

采用BJQN-4D光电桥梁挠度检测仪测定动挠度和冲击系数。在桥面无障碍的情况下，用一辆载重汽车（单车总重约350kN）以20km/h、30km/h、40km/h不同的速度往返在桥上行驶，测定行车状态下桥跨结构控制断面冲击系数和动挠度。

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