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1、http:/ 某人行天桥承载能力实验分析 张哲，姜霖 （大连理工大学 土木水利学院 辽宁 大连 116023） 摘 要：摘 要：某人行天桥闲置多年后欲恢复使用，为弄清该桥的承载能力以及使用性能，基于通用 有限元程序软件进行理论计算，同时根据理论计算结果作为控制内力进行现场检测实验。实验 结果表明，该桥使用性能良好，承载能力满足规范要求，可在简单维修后恢复使用。 关键词：关键词：承载能力；理论计算；荷载实验 此次检测的人行天桥主跨 37.8m，边跨分别为 27.2m和 28.3m，呈“丁”字型布置，设计荷载标准：KN/m5 . 32，钢箱梁结构。由于此桥在闲置了几年后要恢复使用，所以需要重新检验
2、该桥梁整体受力性能和承载力是否达到规范的要求，了解结构在荷载作用下的实际工作状态，为科学地评价该桥结构的强度、刚度、动力特性等提供实测资料1。为此，对该桥各主要构件进行了全面的检查与综合的测试评定，通过静动载实验确定了桥梁结构的承载能力与运营条件。1 静载实验 1.1 荷载布置 1.1 荷载布置 静载实验按照控制测点的实际活载产生的控制内力（或变位）为加载依据2，实验采用沙袋分别按工况一和工况二加载，沿桥纵向布置加载，具体沙袋布置如图2 所示： 图 2 布载示意图 -1- http:/ 工况一： （1） 加载前测读各测试点的标高和电阻应变计的初始数值； （2） 分别加载至 5 吨、10 吨、1
3、5 吨、20 吨，每次荷载就位 5 分钟后，测读测点的挠读及应变计的数值； （3） 各测点的测读完毕后，按照规定卸载； （4） 卸载后 5 分钟，测读各测点的挠读及应变计的数值。 工况二： （1） 加载前测读各测试点的标高和电阻应变计的初始数值； （2） 分别加载至 4 吨、8 吨、12 吨，每次荷载就位 5 分钟后，测读测点的挠读及应变计的数值； （3） 各测点的测读完毕后，按照规定卸载； （5） 卸载后 5 分钟，测读各测点的挠读及应变计的数值。 1.2 测试内容 1.2 测试内容 根据实验目的和现场实际情况，静载实验主要测试以下内容： 1.静力测量：主跨(1#、2#)和西侧边跨（3#、4
4、#）弯矩最大处弯矩。各控制测点如图 3 所示。 2.变位测量：主跨(A)和西侧边跨(B、C)弯矩最大处挠度。各控制测点如图 3 所示。 各工况的控制测点及测试内容见表 1 所示： 表 1 加载控制点及测试项目一览表 实验工况 控制测点号及测试项目 工况一 1#、2#：主跨弯矩最大处弯矩 A 测点：主跨弯矩最大处挠度 工况二 3#、4#：西侧边跨弯矩最大处弯矩 B、C 测点：西侧边跨弯矩最大处挠度 1.3 测点位置 1.3 测点位置 （1）应变测点 主跨弯矩最大处布置 2 个测点 1#、2#；西侧边跨弯矩最大处布置 2 个测点 3#、4#。共 4个测点，如图 3 所示。 -2- http:/ （
5、2）挠度（变位）测点 测点布置在主跨弯矩最大处 1 个（A 点，位于桥面西侧） ，西侧边跨弯矩最大处 2 个（B 点、C 点，位于桥面南北两侧） 。共 3 个测点，如图 3 所示。 图 3 人行桥应变、挠度测点布置示意图 1.4 实验结果及分析评定实验结果及分析评定 （一）实验主要结果 1）实验工况一 在实验工况一的实验荷载作用下，1#测点所在控制断面的应变、挠度实测值如下表所示： 表 2 实验工况一 1#断面应变实测值 单位： 荷载 控制截面 应变（实验值）应变（计算值）校验系数 5t 1# 27.6 29.3 0.94 10t 1# 57.6 58.6 0.98 15t 1# 83.4 8
6、7.9 0.95 20t 1# 110.6 117.2 0.94 -3- http:/ 表 3 实验工况一 1#断面挠度实测值 单位：cm 荷载 挠度（实验值）挠度（计算值）校验系数 5t 0.4 0.43 0.93 10t 0.7 0.87 0.80 15t 1.0 1.3 0.77 20t 1.7 1.7 1.00 由表中可知， 满载时测得的1#测点所在截面的挠度为1.7cm,该截面的理论挠度值为1.7cm，实测值与理论值一致，满足要求。 1#控制断面主梁梁底受拉，实测梁底拉应变分别为 110.6,该控制断面理论计算值为117.2，比较可知，在该断面上的应变实际值与理论值基本一致且满足规定
7、要求。 2）实验工况二 在实验工况二的实验荷载作用下，2#测点所在控制断面的应变、挠度实测值如下表所示： 表 4 实验工况二 2#断面应变实测值 单位： 荷载 测点 应变（实验值）应变（计算值）校验系数 4t 3# 24.6 26.5 0.93 8t 3# 47.8 53.1 0.90 12t 3# 74.4 79.6 0.93 表 5 实验工况二 2#断面挠度实测值 单位：cm 荷载 测点 挠度（实验值）挠度（计算值）校验系数 4t B 0.4 0.45 0.89 8t B 0.8 0.89 0.90 12t B 1.3 1.34 0.97 由表中可知，满载时测得的 2#测点所在截面的挠度为
8、 1.3cm,该截面的理论挠度值为1.34cm，实测值与理论值基本一致，满足要求。 -4- http:/ 2#控制断面主梁梁底受拉，实测梁底拉应变为 74.4，该控制断面理论计算最大值为79.6，比较可知，在该断面上的应力实际值与理论值基本一致满足规定要求。 通过以上各控制断面挠度及应变的实测数据与理论计算结果的对比可以看出，2 个控制断面测点的实测数据与理论计算数据基本保持一致，且实测值略小于计算值，认为这样的结果也是偏于保守的和更趋向于安全的。 3 模态测试实验 受传感器数量的限制以及考虑到桥梁结构的对称性，脉动实验分批次在主跨和边跨上布置传感器3。在主梁上布置测量点，包括垂直传感器 2
9、个，水平传感器 1 个，作为基准点固定位置的传感器一个。垂直速度传感器布置于桥面两侧边缘，水平速度传感器布置于桥面中央，在主跨和边跨的 1/4 和 1/2 跨径处布置测点，每次采集 4 个通道的数据，采样时间为 3 分钟。实验仪器采用国家地震局工程力学研究所生产的 891 型测振仪，数据处理软件采用浙江东华数据采集处理系统，理论计算使用MIDAS Civil对该桥进行了振动模态分析4。表 8 给出了实测与计算的自振频率： 表 6 自振频率实测及理论计算值 自振频率（Hz） 阻尼比（%） 序号 理论计算值 实测值 实测值 1 2.83 3.03 2.80 2 5.77 6.64 2.20 3 7
10、.32 8.40 2.57 4 8.82 9.96 2.77 5 13.28 11.52 2.39 从结果看，实测结果比理论计算值要大，这与建模时刚度的赋予，以及检测过程中外界的干扰等都有影响，不过相差不是很大，可以认为刚度基本符合要求。图 5 给出了部分计算振动模态曲线： -5- http:/ MIDAS/CivilPOST-PROCESSOR VIBRATION MODE频率(CYCLE/SEC)2.839317 自振周期()秒0.352197 MPM(%)DX= 0.000000DY= 0.000000DZ= 34.748554RX= 0.000000RY= 0.000000 RZ= 0
11、.000000Mode 1MAX : 46MIN : 1 文件:无标题 单位: cps 日期: 10/09/2004 -表示 方向 X: 0.614 Y: 0.745 Z: 0.259计算一阶模态 MIDAS/CivilPOST-PROCESSOR VIBRATION MODE频率(CYCLE/SEC)5.773890 自振周期()秒0.173193 MPM(%)DX= 0.000000DY= 0.000000DZ= 0.649180RX= 0.000000RY= 0.000000 RZ= 0.000000Mode 2MAX : 127MIN : 1 文件:无标题 单位: cps 日期: 10
12、/09/2004 -表示 方向 X: 0.614 Y: 0.745 Z: 0.259计算二阶模态 4 结论与维修建议 一结论 综上所述,经过现场静、模态实验检验，该人行天桥在实验荷载作用下，各项实验指标均能满足检测手册的规定要求，控制断面挠度、应力及自振频率与理论计算基本一致。但该桥由于最近几年没有运营，桥梁结构表面锈蚀严重，影响到该桥的外观和使用，而且桥面两侧的广告牌自重较大，且提高了该桥的重心，在多风的季节会承受非常大的风荷载，可能导致主梁的倾覆。 二建议 1.梁外层除锈，重新喷涂防锈漆。 2.橡胶层已经部分损坏，维修时应根据实际情况，最好重新更换桥面铺装层。施工严格控-6- http:/
13、 制精度，保持桥面平整，做好泄水孔，切忌出现桥面积水的现象发生。 3.牌重量大，面积大，风的影响较大。如果有大风出现时，可能将桥梁吹翻，建议拆除。 4.梁的锈蚀情况进行长期观测，发生锈蚀，立即修复。 参考文献参考文献 1 范立础.桥梁工程.北京：人民交通出版社T, 1996. 2 张俊平.桥梁检测. 北京：人民交通出版社,2002. 3 李有丰，林安言.桥梁检测评估与补强.北京： 机械工业出版社,2003. 4 叶见曙.结构设计原理. 北京：人民交通出版社,1997. Test and Analysis of load-bearing Capacity of One Pedestrian Br
14、idge Zhang Zhe，Jiang Lin Dalian University of Technology 116023 Abstract One pedestrian bridge is going to be reused after being left unused for several years, to find out the capability of this bridge for load-bearing and using, according to the theoretic calculation result with current FEM softwar
15、e, spot detecting test is carried out. The result of test indicates that the using capability of this bridge is fairly well and the load-bearing capacity fills the request of criterion, the bridge can be reused after simple repair. Keywords: load-bearing; capacity; theoretic calculation; load test 作者简介：作者简介：张哲（1944） ，男，籍贯江苏省沛县，大连理工大学土木水利学院桥梁教研室主 任，博士生导师。姜霖（1979） ，男，籍贯山东省潍坊市，大连理工大学土木水利学院硕士 研究生，专业为桥梁与隧道工程。 -7-
