钢栈桥动、静态应变测试分析

栈桥是用于连接趸船和岸的重要港口设施。确定栈桥的实际承载能力，对确定装、卸货物的车辆的安全载重量具有实际意义。本文对长35M自重46T的钢栈桥进行了动、静态应变测试，并分析了测量结果，提出了确保车辆安全过桥应采取的措施。

35M钢栈桥情况简介

栈桥各部分采用不同的型钢、钢板焊接而成，总长35m，自重46T。桥梁采用了梁格结构，主梁为桁梁，纵梁、横梁为板梁。

通过分析栈桥的结构和受力情况，栈桥可简化为简支梁。可认为，其自重为均布载荷。并且，如果将自重的一半作用于桥中，则其最大弯矩和均布载荷相同。

测试原理和测点布置

栈桥动、静态应力应变测试采用了应变电测技术。在栈桥的适当位置粘贴电阻应变片，用以感受受载栈桥的变形。动、静态应变仪将电阻应变片的应变信号放大后通过记录装置或显示装置表示出来，从而反映栈桥的受力情况。

考虑到栈桥以弯曲为主要变形，桥中弯矩值最大。测点布置在桥的跨中部分。布片示意图如下。

静态应变测试

预测试

为了安全起见，在实测时，先进行预测试。载荷分别取1T、4.6T和5.8T，记录各级载荷作用下的测点应变值，实测应变数据说明：

1、在每档载荷增量作用下，应变值增量很小，正式测试时，可一次性加载；

2、将栈桥自重折算为作用于桥中的集中力，可推算得在自重和小于7T的外加载荷作用下，桥的应力值在许用范围内。

应变实测与应力计算

由于测量在长江边进行，风载、人员走动、卸货等随机干扰因素较多，实测时，取桥加载前、卸载后的应变仪读数值的平均值为应变仪初读数。

加载工况为：6.5T载荷作用于跨中桥面中间和偏西一侧。在各工况下，测出各测点的应变值，减去各自初值后，为加载后各测点应变值增量。

根据各测点应变值可知，桥面下各测点中，24号测点的应变值最大，为66μ由ε再计入自重影响，纵梁最大正应力为63MPa。

上弦杆中，2号测点应变值最大，为-185με。计及自重，此点正应力为-176MPa。

动态应变测试

选择静应变较大的测点作为动应变测点，它们分别为1、2、5、6号测点及24号测点。

动态应变测试时，取6.5T卡车匀速过桥，2.5T手扶拖拉机在桥中停车后快速启动和快速过桥三种工况。在各工况下，记录各测点的应变波形，将各波形峰值与标定值比较，可算得动载峰值应变。将动载作用下应变峰值和栈桥自重引起的静应变叠加，得到动应变最大值，相同工况下动应变量最大值和静应变的比值即为动荷系数。由数据可知，各工况下，动荷系数均未超过1.2。

分析讨论

纵梁强度分析

由试验结果可知，桥下纵梁的强度是足够的。各测点中，最大应力值为63MPa，取动荷系数K_d=1.2，σ_max小于80MPa，远小于许用应力【σ】=215MPa。

主梁上弦杆强度分析

上弦杆2号测点的应变值为-185με，计入栈桥自重影响静应力达-176MPa。再考虑动荷系数，动应力数值高达215MPa，等于许用应力。从强度考虑、上弦杆安全。

因上弦杆受压且较细长，应考虑其稳定性。两根铅直缀条之间的上弦杆长2m，其侧向可视为两端铰支的压杆。 计算可知，压杆柔度λ=33，查表得，折减系数ψ=0.93，稳定许用应力：【σ】_w=0.93【σ】=200MPa。

仅考虑2号测点，其应力超过了许用值。

从1、2两测点应变数值看，两者严重不对称，这是上弦杆存在很明显的初弯曲所致，初弯曲的存在，破坏了力的正常传递，应力分布紊乱，局部应力值很大。当某点处的材料屈服后，塑性变形沿截面发展，可能会导致上弦杆某段突然失稳，因此，栈桥必须按照钢梁侧向弯曲矢度不超过20mm的要求，采取措施，控制上弦杆的初弯曲。

不同工况下动应力峰值比较

从动应力波形图可看出，各工况中，以车辆快速过桥工况动应力峰值较大。分析其原因，车速越高，由种种因素引起的载荷冲击作用就越大，车内不均衡的运动部件引起的惯性也越大。因此，应限制车辆过桥时的速度。

从以上应变测试及分析可知，保证35M钢栈桥安全承载的关键在于加强主梁上弦杆，特别要注意控制其侧向初弯曲。另外，从安全角度来看，车辆通过栈桥时应限制车速，并尽可能从桥中行驶。

结束

用电测法实测受载栈桥的应力，这一方法简单、易行。分析实测结果，可找出栈桥的最薄弱环节，并采取相应措施，确保栈桥安全承载。因此，本文介绍的方法具有通用性、实用性，可供实测、分析一般桥梁应力时借鉴。