基于静载试验的某市政桥梁受力特性研究

杨炎炎

（陕西铁路工程职业技术学院， 陕西 渭南 714000）

在桥梁工程竣工后需对其承载能力进行测试，测试结构主要受力构件在设计荷载作用下的受力性能，掌握桥梁结构的实际工作状况，判断结构受力是否正常及是否满足设计要求[1]。通过试验分析能够了解桥梁在静载试验荷载下的实际工作状态，判定其承载能力和使用条件[2]。

1 工程概况

定西市交通路一期K0+411桥位于定西市安定区北十里铺，跨越东西流向的小洪沟，桥梁南通定西市市区，北接十里铺，桥梁全长19.04m。该桥上、下行两幅上部结构均采用1-16m后张预应力混凝土简支空心板梁，梁高0.8m，梁长15.96m，中板宽1.24m，边板宽1.865m，边板所对应的悬臂长0.625m。该桥桥面总宽为40m（3.25m人行道+3m绿化带+27.5车行道+3m绿化带+3.25m人行道），桥面铺装为10cm厚C50混凝土现浇层，10cm沥青混凝土铺装。桥台采用桩柱式桥台，基础为1.2m钻孔灌注桩，桩长23m。该桥上、下行桥幅为对称结构，本文基于该桥上行桥幅的静载试验进行分析研究。

2 建立有限元模型

理论计算分析的目的是计算出该桥的主要力学指标，通过理论分析的结果对该桥的状况进行客观、真实的评定。

根据相关规范的要求以及大桥的实际情况，采用空间有限元法对该桥进行了理论计算分析，建立空间有限元计算模型，分别计算各种工况下测点位置的挠度，并与实测结果进行对比，从而对该桥的承载能力进行评估和判定。

通过Midas Civil软件建立有限元模型：交通路一期K0+411上行桥幅上部结构有限元计算模型如图1所示，其中节点260个，单元482个。

图1 有限元计算模型

对交通路一期K0+411上行桥幅控制截面根据《城市桥梁检测与评定设计规范》进行最不利加载，利用Midas Civil计算各种工况下测点挠度理论值，在加载过程中实时监测位移测点变位，一旦出现异常及时停止试验进行卸载。

3 静载试验

3.1 试验荷载的确定

根据该桥的实际情况并依据《公路桥梁承载能力评定规程》的要求，荷载效应系数取：=0.95～1.05。设计荷载按城-A级计算，试验荷载为2辆重量约450kN的载重汽车。试验载重汽车实际重量及轴距如表1所示。

表1 加载汽车重量及轴距

3.2 测试截面与测点布置

3.2.1 测试截面确定

采用Midas Civil对交通路一期K0+411上行桥幅进行数值分析，根据内力（挠度）影响线和设计荷载情况确定不同布载方式下的控制截面，然后根据控制截面确定测试截面。

交通路一期K0+411上行桥幅桥跨结构为： 16m预应力混凝土简支空心板梁，结构体系为简支梁。本次试验选取的桥跨为定西侧0号台～1号台，选取L/2、L/4截面作为控制截面进行加载和测试。

3.2.2 位移测点布置

在L/2断面布置变形测点，测点布置如图2所示。

图2 交通路一期K0+411桥上行桥幅变形测点布置示意图（▲：位移测点）

3.3 静载试验工况

根据《城市桥梁检测与评定设计规范》（CJJ/T 233 -2015），静载试验工况按照跨线桥的内力影响线和位移影响线确定。现场静载试验按照控制截面设计荷载的内力（位移）等效加载，采用2辆45吨的试验车辆。

根据测试内容，该桥幅静载试验共分为6个静力荷载工况。工况1：未加载状态；工况2：L/4截面弯矩影响线横向对称布载；工况3：L/2面弯矩影响线横向对称布载；工况4：L/4截面弯矩影响线横向偏心布载；工况5：L/2截面弯矩影响线横向偏心布载；工况6：卸载。

4 静载试验结果与分析

根据规范对交通路一期K0+411桥上行桥幅各控制截面进行最不利加载，共设置6个静力加载工况。本次试验完成了该桥在各种工况作用下各控制截面位移的测试，再结合理论计算结果，通过对比计算得到各控制截面的位移校验系数。最后根据规范要求，综合评定该桥幅的实际承载能力和使用能力。

4.1 变形测试数据

根据规范要求，通过试验得到交通路一期K0+411桥上行桥幅在各种工况作用下所有测试截面的变形值（有限元计算结果见图3-图6）。再结合理论计算结果得到各荷载工况下控制截面的位移校验系数（如表2-表5所示，表中“+”表示变形向上，“-”表示变形向下）。

表2 工况2制截面各参数值

表3 工况3制截面各参数值

表4 工况4制截面各参数值

表5 工况5制截面各参数值

图3 数值模拟结果（工况2）

图4 数值模拟结果（工况3）

图5 数值模拟结果（工况4）

图6 数值模拟结果（工况5）

卸载后的残余应变及相对残余应变如表6所示。

表6 卸载后的残余应变及相对残余应变表

4.2 位移测试结论

通过对交通路一期K0+411 16m预应力简支空心板梁桥上部结构各控制截面在各工况作用下的位移实测结果与相应的理论计算结果进行对比分析后可以得到以下结论：

在各种工况作用下，该桥各测试截面实测变形值均小于计算跨径的L/600，桥梁处于小变形状态。满足《城市桥梁检测与评定设计规范》（CJJ/T 233 -2015）相关规定。

在试验荷载作用下，该桥各控制截面的实测位移值小于理论计算值，即位移校验系数小于1.0，说明该桥的静力刚度良好。

结构最大相对残余变位值（2%）＜20%，根据《城市桥梁检测与评定设计规范》（CJJ/T 233 -2015）的相关规定，判定荷载试验过程中桥梁结构处于弹性工作阶段。

整个静载试验过程中，各测点的竖向位移均未发生较大异常变化；由以上分析结果可以得出，该桥主梁结构静力刚度良好。

5 结语

以定西市交通路一期K0+411上行桥幅为研究对象，依据相关规范，设计了静载试验工况。在试验荷载作用下，该桥16m预应力混凝土简支空心板梁结构强度、刚度、相对残余变位等均满足规范要求，承载能力满足要求。本文所采用的试验设计及分析方法可供其他类似工程分析参考。