摘要：为了了解广州港新沙港区港外公路东江公路大桥维修加固后实际承载能力是否满足设计要求，针对对东江公路大桥加固构件进行了静动载试验。本文通过结构理论计算分析，确定了该桥静、动载试验方案，阐述了试验实施过程及所取得效果。
关键词：东江公路大桥；现场荷载试验；静载；动载
一、 工程概况
广州港新沙港区港外公路东江公路大桥（以下简称东江公路大桥）位于广州港集团新沙疏港通道上，于1991年建成，总长964.77m，跨度组成为15.52m+6X15.5m+8X32.7m+(32.7m+5X65.24m+32.7m)+3X32.7m+2X32.3m+32.35m。
主桥上部结构采用6个T构加2个16.08m及5个32m中挂孔梁形式，在T构端部设牛腿，挂孔支撑于牛腿之上，主桥墩身与T构为一整体。T形刚构伸臂部分为变高度单箱双室预应力混凝土箱梁，根部梁高3.5m，端部梁高为1.9m，跨度为16.08m，T构除悬臂端部分采用500级混凝土外，其余均用400级混凝土。边、中挂孔的每孔梁均由5片预应力混凝土T梁组成。基础采用5根外径为1.4m的钢壳管柱基础。
东江公路大桥主桥纵桥向示意图如图1所示：
图1：纵桥向示意图（单位：cm）
二、 静载试验
根据《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》（1982）(以下简称《试验方法》)的建议及业主要求，结合现场勘察，本次静载试验实施二个工况，分别为工况一T构墩顶处最大负弯矩工况、工况二挂梁跨中截面最大正弯矩工况，分别选取如下图2所示的Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ作为控制截面，测试在试验荷载作用下控制截面的应变，同时分别观察T构悬臂端部、挂梁跨中的挠度变化。本文仅对工况一进行叙述，不对工况二进行阐述。
图2各工况主要控制截面（单位：cm）
2.1实施工况
工况一：T构墩顶处最大负弯矩工况
2.2.试验荷载
试验荷载的确定原则：
根据《试验方法》的规定，最大试验荷载按试验荷载效率η确定。静力试验荷载效率η的计算公式为：
式中：Sstat——试验荷载作用下，检测部位变位或内力的计算值；
——设计荷载作用下，检测部位变位或内力的计算值；
——设计取的动力系数。
在设计荷载挂-100级的作用下，工况一（T构墩顶处最大负弯矩工况）试验T构墩顶处截面所受负弯矩最大，其理论计算值为M设＝-15125.44kN﹒m。
2.3试验荷载效率η
试验荷载值按弯矩等效方法确定。在加载过程中，根据实际情况，采用4台单车总重约为300kN的双后轴孖担车分三级荷载进行加载，一级卸载。根据《试验方法》规定，基本荷载试验的荷载效率η为：η=Sstat/(S•δ)，应满足0.8≤η≤1.05。在试验荷载作用下，工况一（T构墩顶处最大负弯矩工况）试验T构墩顶处截面所受负弯矩试验值为M试＝-15562.40kN﹒m，荷载效率为η＝1.029。
2.4测点布置
2.4.1应变测点
在4#墩中心线往大里程方向2.7米处截面（即图2中Ⅰ-Ⅰ截面）粘贴振弦式应变计共7个（如图3所示），采用基康BGK-micro-4000静态应变数据采集分析仪观测在试验荷载作用下应变测点的应变变化。
图3工况一控制截面应变测点布置示意图（单位：cm）
2.4.2挠度测点布置
采用精密水准仪观测在试验荷载作用下各挠度测点的挠度变化情况，
工况一：在T构两悬臂端部布置挠度测点共4个，测点布置示意图如图4所示。
图4工况一挠度测点布置示意图
2.6试验的主要结果
2.6.1应变测试
工况一满载时主要应变值见表1所示。
表1工况一满载时主要测点应变值一览表
注：实测应变已经进行温差修正，Y102测点损坏。
主要应变测点实测应变与理论应变对比曲线如图5所示。
图5工况一应变测点实测应变与理论应变对比曲线图
由图5可知，试验结构主要应变测点线性关系较好，呈线性变化，说明试验结构处于弹性工作状态；试验结构主要应变测点实测值均较理论计算值小值且呈线性变化，说明试验T构结构强度满足设计要求。
2.6.2 挠度测试
工况一满载时主要测点挠度值见表2所示。
表2工况一满载时主要测点挠度值一览表
注：实测挠度已对墩转动所产生的影响进行修正，同时采用N1-2、N1-4的平均值作为加载悬臂端部结果值。
主要挠度测点实测挠度与理论挠度对比曲线如图6所示。
图6主要挠度测点实测挠度与理论挠度对比曲线图
由图6可知，试验结构主要挠度测点线性关系较好，呈线性变化，说明试验结构处于弹性工作状态；试验结构主要挠度测点实测值均较理论计算值小值且呈线性变化，说明该试验T构结构刚度均满足设计要求。
2.4静载试验结论
东江公路大桥静载试验的荷载效率分别为1.029，满足《试验方法》要求。
在试验荷载作用下，挠度和应变的实测值均小于理论计算值，应变、挠度校验系数与相对残余变形均满足《试验方法》要求，试验荷载下桥梁试验构件（即4#墩T构大里程侧悬臂，下同）结构处于弹性工作状态，该桥梁试验构件的强度、结构刚度均满足设计要求，说明东江公路大桥试验构件结构承载力满足设计荷载汽车-20级、挂车-100级使用要求。
三、 动载试验
3.1测点布置
分别选取T构悬臂端部、挂梁跨中为测试截面，测点布置如图7所示。
图7动载测点布置图
3.2脉动试验
利用大地脉动、风荷载、水流等对桥梁产生的激励作用（随机荷载）测试桥梁的振动，然后通过分析获得桥梁结构的自振特性参数。
通过脉动试验的FFT实时谱分析，得出挂梁跨中在随机荷载作用下一阶振动频率为4.199Hz、T构悬臂在随机荷载作用下一阶振动频率为2.148Hz。
3.3行车试验
试验时根据现场条件，让一辆100kN重的车辆分别以20km/h、30km/h和40km/h的速度匀速通过桥面，并对T构悬臂端部的竖向振动响应进行测试。
3.3.1通过20km/h行车试验的FFT实时谱分析，得出T构悬臂在车辆荷载激励下一阶振动频率为2.148Hz。
3.2.2通过30km/h行车试验的FFT实时谱分析，得出T构悬臂在车辆荷载激励下一阶振动频率为2.148Hz。
3.2.3通过40km/h行车试验的FFT实时谱分析，得出T构悬臂在车辆荷载激励下一阶振动频率为2.051Hz。
3.4跳车试验
跳车试验体现了竖向激励引起桥梁的强迫效应。试验时，让一辆100kN的重车在桥面从高约15厘米的垫木落下，测试T构悬臂端部的竖直振动响应。
通过跳车试验的FFT实时谱分析，得出桥梁试验跨在车辆荷载激励下一阶振动频率为2.148Hz。
3.5动态试验结果
经数据处理分析后得到桥梁的动态试验结果如表3所示。
表3动态试验结果
由表1可知，挂梁脉动工况实测基频大于理论计算基频3.364Hz；T构悬臂各工况实测基频均大于理论计算基频2.025Hz。
3.6动载试验结论
挂梁脉动试验结构实测基频4.199Hz，理论计算结构一阶频率为3.364Hz；T构悬臂脉动试验结构实测基频2.148Hz，行车试验在20km/h、30km/h和40km/h的速度匀速通过桥面实测一阶频率分别为2.148Hz、2.148Hz和2.051Hz，跳车试验实测一阶频率为2.148Hz，理论计算结构一阶频率为2.025Hz。实测值均大于理论计算值，表明结构实测基频满足设计要求。
四、 试验结论
综上所述：广州港新沙港区港外公路东江公路大桥4#墩T构大里程侧悬臂、4#墩与5#墩之间的挂梁满足设计荷载汽车-20级、挂车-100级的使用要求。
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