桥梁静力荷载试验理论计算的探讨

张 显 昆

(贵州省交通建设工程检测中心有限责任公司,贵州 贵阳 550008)

桥梁静力荷载试验理论计算的探讨

张 显 昆

(贵州省交通建设工程检测中心有限责任公司,贵州 贵阳 550008)

对桥梁静力荷载试验理论计算阶段不同计算方法进行了探讨，结合具体的工程实例，对测试截面及测点布设方法进行了介绍，并对试验结果进行分析，指出桥梁的理论计算对桥梁静力荷载试验结果的评价具有决定性的作用。

静力荷载试验，计算方法，试验结果

高速公路飞速发展的今天，地形的限制，桥梁成为高速公路不可缺少的一部分。由于装配式T梁、小箱梁具有结构形式可以成批的生产，施工效率高，施工质量好控制等优点，此结构形式大量应用于高速公路的建设中。根据相关文件及规范的要求，对新建的高速公路竣交工验收之前，要进行桥梁荷载试验检测。

目前，针对桥梁结构为装配式T梁、小箱梁等的桥梁荷载试验，由于其结构形式简单，有些检测单位对这些桥梁的理论计算进行简化，只考虑一维杆系建立平面模型。此时，所计算出的控制截面处每片梁在实际荷载作用下的应力值均为同一个值。然而在桥梁荷载试验中，加载物一般采用载重汽车，由于载重汽车各轴重的差异，实际布载时载位的偏差，都会引起桥梁各片梁的受力不同。运用工程实例，桥梁结构模型采用一维平面杆系模型和空间有限元模型进行建立，通过结果的比较，得出不同的理论计算方法对试验结果的影响。

1 概述

桥梁静力荷载试验是通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外荷载，采用分级加载的方式，利用检测仪器测试桥梁结构的控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、应力、裂缝等特性的变化，将测试结果与结构相应荷载作用下的计算值与理论值或有关规范规定值做比较，从而评定出桥梁结构的承载能力。通过比较值即校验系数来说明结构潜在的承载力，相对残余应变反映了结构的工作状态[1]。

鉴于桥梁静力荷载试验的结果是通过实际荷载作用下的计算值与理论计算值的比较值，即校验系数来判断的。那么在荷载试验前期的理论计算就尤为重要，直接影响荷载试验结果的评判。目前桥梁结构的理论计算多以各种通用有限元程序建立平面或空间的模型，计算出控制荷载，确定出控制部位及控制截面。

2 计算方法简介

1)一维杆件模型。一维平面杆系建立有限元模型，是在一个平面内来考虑整个模型的建立，在计算过程中都是简化成一维杆

件进行的，比如，对于一个梁桥来说，建立模型是将上部结构的截面输入软件中，软件自动计算出截面的特性参数，并将参数赋予相应的杆件，最终计算出内力影响线、控制截面内力值、控制位置挠度值等结果。那么，在实际施加外荷载时，作为空间的外荷载就无法体现，此时也只能将外荷载简化成平面的集中荷载或均布荷载。类似的软件有交通部科学研究所研发的GQJS、桥梁博士等。

2)空间有限元模型。空间有限元建立结构模型，是从三维的角度考虑结构计算的，此时可以利用具有三维特性的实体单元建立模型。对于装配式桥梁，可以建立出每片主梁及相对位置，考虑横向联系的作用、施加外荷载时横向布载的影响等。计算结果中可以单独提取控制截面处每片梁的应力及挠度值。

3 工程实例

1)概况。某大桥，跨径组合为4×30 m先简支后连续结构装配式混凝土连续小箱梁，主梁为4片小箱梁形式，下部采用柱式墩、柱、肋式台，基础均为桩基础。现对桥梁第一跨进行静力荷载试验，为了更明显的比较试验结果，试验布载为偏载工况。

2)测试截面及测点布设。本次选取大桥第一跨作为测试桥跨，通过计算，控制截面为第一跨最大内力处的K1截面，如图1所示，位置为距跨中截面1.5 m处。测点布置在控制截面处每片箱梁下缘混凝土表面，应力传感器的测试方向与测试截面受力方向一致，如图2所示。

3)加载方式。本次荷载试验采用等效荷载法进行加载，通过计算，需要4辆载重汽车进行加载。

4)理论计算。在满足荷载效率(0.8～1.05)[2]的情况下进行加载，通过实际荷载的作用，利用不同的计算方法，外荷载作用下各片箱梁底面的计算应力见表1。

表1 大桥试验截面在实际活载载位作用下的计算应力表

MPa

5)试验结果。采集实际荷载作用下控制截面各片主梁的应变实测值εe与理论计算值进行比较，其中应力值按一维单向受力状态进行处理：σ=Eε，其中主梁混凝土的弹性模量E取规范推荐值。通过比较得出校验系数σe/σs，见表2。

4 结果分析

通过结果的分析，可看出利用空间有限元计算的工况，更能真实的反映各梁的受力情况，校验系数为0.67～0.77，均匀性好。平面计算情况下，由于计算应力均为5.50，仅能反映控制截面各梁应力的一个平均水平，校验系数为0.65～0.79，比较离散，均匀性略差于前者。而且随着加载车辆各轴重的差别越大、加载时加载位置的偏差越大，后者的这种离散性就越大。

表2 K1截面偏载实测应力与理论值比较表

特殊情况下，运用平面计算方法计算的结果，用于承载力评价时，边梁的校验系数有可能大于1，此时会对我们的结果判断带来误导。所以，桥梁的理论计算对桥梁静力荷载试验的结果评价具有决定性的作用。

[1] 谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 白亮平.谈公路桥梁结构动静载荷试验[J].山西建筑，2013，39(26)：150-151.

[3] YC4-/1982，大跨径混凝土桥梁的试验方法[S].

Inquiry on theoretical calculation of static bridge load test

ZHANG Xian-kun

(GuizhouTrafficConstructionEngineeringDetectionCenterCo.,Ltd,Guiyang550008,China)

The paper explores different calculation methods of static bridge load test at theoretical calculation phase, introduces the testing section and testing point distribution methods by combining with specific engineering example, analyzes the testing results, and finally points out that: the theoretical bridge calculation has determinative role for evaluating the static bridge load test results.

static load test, calculation method, experimental result

1009-6825(2014)11-0204-02

2014-01-21

张显昆(1984- )，男，工程师

U441.2

A