静载试验在某桥梁中的实践应用

朱先祥，倪福海，丁伟，陈海涛

（1.安徽省中盛建设工程试验检测有限公司，安徽 合肥 230051;2.东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西 南昌 330013)

随着社会经济的发展，桥梁已成为人们生活中的重要基础设施，由于近年来不断有桥梁事故的发生，桥梁结构的安全性能受到人们的广泛关注[1-2]。为了解新建桥梁的结构性能及承载能力，为检验桥梁设计提供依据，保证运营时的安全，需要对桥梁进行检测，计算桥梁结构的性能指标，判别相关性能是否达到安全通行的要求[3-4]。本文以安徽某新建公路桥为例，依据桥梁荷载试验的相关规范，通过桥梁的静载试验，并将实测数据与理论值对比来确定该桥的安全性能。

1 工程概况

该工程桥梁为上跨桥分东西两幅桥布置，单幅桥之间间距1m，采用镂空布置 (图 1)。两幅桥的桥跨布置均为4x30m、35+50+35m、4x30m，共三联，全长360m，每幅桥宽13m，为单向三车道。主桥35+50+35m主梁为预应力混凝土变截面连续箱梁，中支点处梁高3.0m，跨中梁高1.8m，梁底为二次抛物线变化；4x30m标准段箱梁，主梁为预应力混凝土等截面连续箱梁，梁高1.8 m。下部采用双方柱型桥墩，U型桥台；基础采用承台加钻孔灌注桩基础；桥梁两端引道采用悬臂式挡墙结构。

图1 桥梁局部图

试验工况 表1

2 有限元计算模型建立

采用MIDAS CIVIL[1]有限元分析建立和计算软件桥梁模型，将主梁的结构分离和单元划分采用空间梁单元模型，提供的变截面和变截面组截面梁单元定义。变截面和变截面组截面梁单元只需定义变截面段前后两端的截面，中间截面系统会按照截面各构件尺寸或人工定义的截面特性值按插值自动分配。

单元截面按原结构尺寸定义，用CAD绘制单元截面图，并采用程序中的截面计算器对绘制的截面进行计算和导入，并指定给相应单元。考虑现场试验条件，选定桥梁A第二联第6/7跨、桥梁B第二联第6/7跨和桥梁C第二联7/8跨作为试验跨。根据荷载工况确定测试截面，纵向利用MIDAS CIVIL有限元软件建立模型见图2，按照桥梁影响线施车辆荷载，选取最不利的加载位置，横向利用移动荷载追踪器追踪到车辆最不利的加载位置。

图2 桥梁A/B/C立体模型图

3 静载试验

3.1 工况选择和测点布置

本工程桥梁分3段静载试验共拟安排3个试验工况，以检测控制截面承受荷载时的承载能力，试验工况详见表1与图3。

图3 桥梁A/B/C试验截面示意图

图4 截面测点布置图

图4(a)中f1、f2为桥梁A(1-1截面)沉降位移测点，f3、f4为桥梁B同位置测点；f5、f6为桥梁C同位置测点。图4(b)中为三座桥梁最大正弯矩（1-1截面、3-3截面和5-5截面）控制截面箱梁底各布置5个应变片，测试箱梁在各级试验荷载作用下的受力状况，各截面应力测点布置。

3.2 车辆信息

试验荷载采用后八轮载重货车加载，加载车辆详细信息见表2，各工况下车辆纵向布置见图5。

4 实验结果分析

在对应变进行结果分析时，由于使用的仪器将会直接对桥梁进行应变测量，为使结果分析方便，将计算应力值转换成为应变值，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）的规定，静力荷载试验结构校验系数ξ按公式（1）计算：

车辆信息表 表2

图5 车辆横向布置图

式中：Se是在荷载试验过程中针对控制截面所测得的弹性变位或应变数值，Ss是针对结构进行模拟理论计算所得到的计算变位或应变数值；

静力荷载试验测点相对残余变位或相对残余应变S'P按公式（2）计算：

式中：SP在荷载试验中对桥梁结构的控制截面所测得的残余变位或残余应变数值；St是对应于残余变位或残余应变的实测总变位或总应变。

从表3中应变校验系数和挠度校验系数可知，校验系数基本小于1.0，代表桥梁的实际状况要好于理论状况，此梁承载能力满足试验加载车的加载。静力试验荷载作用下主要测点的挠度校验系数值的范围为0.68～0.70。主桥各个控制截面的挠度变形实测值与理论值结果的变化规律一致。实测值均小于理论值，说明桥梁结构的实际刚度大于计算刚度[4]。各控制测量截面的相对残余值均在20%范围内，说明桥梁的受压后变形恢复能力较好，桥梁处于弹性工作状态。

桥梁变形评定表 表3

5 结语

该桥梁在静载作用中，主桥各控制截面的挠度和应力实测值与计算结果的变化规律一致，各工况作用下变形校验系数在0.68～0.70之间，应变校验系数在0.60～0.75之间，说明桥梁具有一定的安全储备；相对残余变形在7.45%～9.41%之间，相对残余应变在6.45%～14.29%之间，说明桥梁处于弹性工作状态。在高精度全站仪测量下，测量的结构残余变形非常小，说明在试验过程中结构处于弹性工作状态。