基于动、静载试验法的公路桥梁建设应力应变试验分析

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为了促进经济发展，我国在交通运输建设方面投入了较多资金，采取建立数学模型的方式分析公路桥梁受力情况，以此改善公路桥梁架构设计方案[1-2]。由于桥梁的承载能力及作业状态存在动态特性，因此采用传统的静荷载分析法很难全面分析桥梁的应力应变情况，引入动力荷载试验分析十分必要[3-4]。文章采用静荷载和动荷载结合方式，探究桥梁施加承载力后应力应变变化情况，从而提高桥梁建设质量。

1 工程概况

文章以某桥梁工程为例，对该工程桥梁施加承载力后产生的应力应变进行试验分析。该桥梁建设形式为混凝土空心板，长度为4～16m，宽度为11m，施加预应力形成桥面。为了加固桥梁，以桩柱式类型桥墩作为加固工具，均匀布设在桥面下方，并添加板式桥台，形成90°交角，公路荷载等级为I级。历经7个月施工后，该桥梁于2019年11月完工。

2 试验目的与方法

2.1 试验目的

研究开展了静荷载试验、动荷载试验。其中，开展静荷载试验的目的是测定该工程桥梁的静位移参数数值和静应变参数数值，以国家标准为判断依据，检验该工程桥梁建设质量是否符合要求。另外，从安全角度展开分析，通过测定桥梁实际承受力的上限值，与建设标准对比，判断其是否符合建设要求。开展动荷载试验的目的是测定桥梁冲击系数、阻尼比、自振频率等参数数值，将其作为桥梁结构动力学分析依据，从而掌握工程桥梁结构特性。

2.2 试验方法

（1）静荷载试验。以截面应变与扰度、结构开裂情况作为测试指标，分别布设静荷载平面，模拟工程环境，探究不同工况下的静荷载应变与扰度情况[5]。另外，根据桥梁实际施工情况，以桥梁第二跨为例，布设静荷载试验环境，展开测定分析。其中，桥梁跨立面跨度为16m，取中间点截取A-A面作为静荷载分布试验布设点。

为了深入探究应力应变特点，试验设定了3种工况，分别测定参数展开分析。在各个试验跨截面处布设应变计和位移计，从而获取相关数据。其中，布设点编号1～6。工况1：纵桥方向截取A-A面，在此截面正弯矩最容易受影响的位置布设静荷载。与此同时，横桥方向偏向左侧位置添加静荷载，得到工况1布设方案。通过开展静荷载试验，从中获取扰度分布相关数据信息。工况2：纵桥方向截取A-A面，在此截面正弯矩最容易受影响的位置布设静荷载。在横桥方向中间位置添加静荷载，得到工况2布设方案。通过开展静荷载试验，从中获取扰度分布相关数据信息。工况3：纵桥方向截取A-A面，在此截面正弯矩最容易受影响的位置布设静荷载。在横桥方向偏向右侧位置添加静荷载，得到工况3布设方案。通过开展静荷载试验，从中获取扰度分布相关数据信息。

（2）动荷载试验。关于桥梁动荷载试验探究，以桥梁解自振特性相关参数为测定对象。选取Midas Civil程序作为试验工具，通过构建桥梁结构模型，分析动力特性，获取相关参数数据，而后利用子空间迭代方法处理这些参数数据，从而获取自振频率数值及其他参数特点[6]。

3 试验结果分析

（1）静荷载试验结果分析。按照静荷载试验方案，分别测定3种工况下的截面扰度分布情况，结果如表1、表2、表3所示。表1中扰度分布统计结果表明，工况1中4种静荷载作用下生成的扰度数值均随着测点编号的增加而减小，并且所有测得的数值均在理论数值范围内。因此，该组试验测得的数据满足可靠性要求。另外，扰度数值随着静荷载等级的增加而变小。表2中扰度分布统计结果表明，工况2中4种静荷载作用下生成的扰度数值均随着测点编号的增加先减小后增加，呈抛物线状态，并且所有测得的数值均在理论数值范围内。因此，该组试验测得的数据满足可靠性要求。扰度数值与静荷载等级关系同工况1。表3中扰度分布统计结果表明，工况3中4种静荷载作用下生成的扰度数值均随着测点编号的增加而变大，并且所有测得的数值均在理论数值范围之内。因此，该组试验测得的数据满足可靠性要求。扰度数值与静荷载等级关系同工况1。

表1 工况1条件下截面扰度分布统计结果 单位：mm

表2 工况2条件下截面扰度分布统计结果 单位：mm

表3 工况3条件下截面扰度分布统计结果 单位：mm

3种工况下的横向分布系数测定精准度高于98%，并且数值在理论数值范围之内，可以将测定的数据作为桥梁应力应变分析参考依据。依据测定的校验系数和最大相对残余变位两项参数值，生成不同工况下测定点应力应变分布特点，结果如图1所示。依据图1中的分布特点可知，不同工况条件下各测点应力应变分布均在理论数值范围内。因此，该桥梁结构设计方案具有较高的安全性，可以将此测试结果作为桥梁稳定性分析的参考依据。

图1 不同工况下测定点应力应变分布特点

（2）动荷载试验结果分析。为了掌握桥梁结构动力特点，更加全面地分析桥梁结构稳定性，研究增加了动荷载试验，通过测定自振频率进行判断。按照试验方法布设试验环境，选取第二跨作为测定点布设区域，分别在距离桥面0.2L、0.5L、0.8L处布设传感器。另外，选取第二跨正弯矩数值最大位置布设扰度测量点，测量点布设平面图如图2所示。

图2 测量点布设平面图（单位：m）

跑车试验中，测定冲击系数均低于理论冲击系数。当车辆处于刹车状态时，理论冲击系数不再高于测定冲击系数。由此可以判断，桥面养护处理对提高桥梁的安全性至关重要。

为了尽可能降低桥梁安全事故发生概率，后期维护及施工需注意的事项如下：（1）加大桥梁施工原材料检验力度，3次检验后通过则可以投入使用；（2）提升混凝土配合比精准度，选取环境温度、环境湿度等参数作为影响因素分析依据，调整多因素影响下的配比方案，以此提高精准度；（3）定期安排养护伸缩缝处理。

4 总结

文章围绕桥梁质量问题展开研究，以某桥梁施工项目为例，通过设定3种工况，分别开展动荷载试验和静荷载试验。试验结果表明，该工程桥梁结构设计方案安全性较高，但是由于桥梁长期受到冲击系数的影响，因此容易出现破损等情况。为了延长桥梁使用寿命，文章拟定了一些维护方法与施工注意事项，以供参考。