荷载试验在桥梁检测中的应用

陆建兵

（华设设计集团股份有限公司，江苏 南京210014）

1 工程背景

某大桥（50+80+50m），全长180m。上部结构采用预应力混凝土变截面连续箱梁，为三向预应力结构，箱梁为分离的单箱单室截面，顶板宽12.50m，底宽7.0m，两侧翼缘板2.75m，桥面为单向横坡2%，设计荷载等级为公路-I级。在检测中发现该桥中跨L/4处腹板存在斜向裂缝，底板跨中存在横向裂缝但未贯通，且中跨跨中有明显的下挠。通过承载能力检算，该桥作用效应与抗力效应的比值在1.06，需通过荷载试验评定该桥实际承载能力，桥梁立面图及横断面图见图1、图2。

图1 桥梁立面（单位：cm）

图2 桥梁横断面（单位：cm）

2 荷载试验设计

由于该桥有外观病害及主跨下挠状况，结合承载能力检算结果初步判断该桥现状难以满足原设计荷载等级，如按照原设计荷载等级设计荷载试验，对原桥结构可能造成不可逆的损伤。为了得出该桥实际限载等级且保证试验过程及结构安全，需对该桥荷载试验进行优化设计。荷载试验计算采用有限元程序Midas/Civil2020进行计算，全桥共离散为58个单元，59个节点。计算模型如图3所示。

图3 计算模型

2.1 确定验证荷载等级

该桥原设计荷载等级为公路-I级，将公路-I级荷载作为该桥荷载试验极限验证荷载，并控制加载效率尽量接近规范要求下限值0.95。同时结合该桥现状及承载能力检算结果，确定公路-II级荷载作为桥梁实际通行的目标验证荷载，活载作用下主梁弯矩包络图见图4。

图4 活载作用下主梁弯矩包络图（单位：kN·m）

2.2 荷载试验计算

以中跨正弯矩为主要分析对象，分别以极限验证荷载及目标验证荷载进行设计荷载效应值计算。同时对两种工况加载荷载及位置进行确定，详见表1。

表1 加载控制值及试验效率表

2.3 荷载试验分级加载设计

在该桥荷载试验过程中，首先须验证该桥是否满足目标验证荷载承载能力要求，之后继续加载以确定是否满足极限验证荷载的要求。首先对工况一达到设计荷载效应的5辆车分四级加载，见图5，在每级加载时对中跨跨中位移及应力进行实时测试。

图5 工况一分级加载示意图

在工况二试验完成且桥梁承载能力满足目标验证荷载的等级要求时，在工况一基础之上进行工况二的加载。由于工况二比工况一只多用了1辆加载车辆，设计加载车辆在墩顶逐步加载至跨中的方式进行分级加载，如图6。

图6 工况二分加载示意图

2.4 荷载试验分级加载控制

以位移为主要控制参数，对每级加载进行理论计算，得出理论计算位移值，见表2。

表2 加载理论位移表（单位：mm）

在加载过程中，首先对比分析工况一校验系数是否超限，如满足规范要求则进行工况二加载，逐级进行对比，如在某一级加载中校验系数超限则停止加载。

3 荷载试验结果分析

在实际荷载试验中测试结果及控制值对比见表3及图7～图8，在工况一分级加载下，实测值均较理论计算值小，校验系数小于1.0；但在工况二2级加载实测值接近理论计算值，在3级加载时实测值大于理论计算值，校验系数已经大于1.0，停止试验。

表3 实测值与理论计算对比（单位：mm）

图7 工况一实测值与理论值对比

图8 工况二实测值与理论值对比

根据2个工况荷载试验实测结果，该桥承载能力能满足公路-II级荷载等级的要求，但不满足原设计荷载等级（公路-I）的要求。

4 结论

通过对本桥的静载试验以及相应的理论计算分析，根据国家的有关规范和设计要求，该桥受力总体上已达到设计和施工的预期目的，能够满足设计荷载承载要求。