静载试验检测技术在桥梁工程质量管理中的应用

宋书昌

（烟台市公路管理局科研所，山东 烟台 264010）

0 引言

随着我国交通建设规模的不断增大，各种桥梁建设日渐增多，综合考虑施工、工期和造价等方面的因素，预制及吊装预应力混凝土空心板梁桥最为常见。为进行桥梁结构施工质量及安全性能检测，并采取有效的桥梁安装及加固措施，使桥梁结构服役寿命得到延长，必须通过静载试验检测技术对桥梁承载性能进行定性和定量评价。

1 静载试验检测技术应用于桥梁工程质量管理概述

静载试验是将静止荷载施加在待检测桥梁结构的既定位置，进行其静力位移、应力应变、沉降、裂缝等静态参数的检测，并将静载试验检测结果作为桥梁结构控制截面强度、刚度、抗裂性能分析及桥梁工程质量管理的重要依据。

静载试验检测技术在桥梁工程质量管理中通常应用于以下方面：一是进行控制截面参数测量。在试验前通常在截面高度按竖向布设3～5个测点，通常设置在上缘、下缘和突变位置，以进行截面应力应变、截面位移、墩顶位移、支座沉降等参数的测量，如果有必要，还包括对支点、横隔板周围拉应力和剪应力的测量。二是进行桥梁结构位移进行测量，将至少3个测点布设在各试验跨内设计位置，并参照桥梁结构最大横纵向位移、变位、支座沉降进行控制截面挠度与内力影响线的分析，为桥梁结构质量管理提供依据。三是桥梁裂缝观测，在静载试验过程中还应加强对桥梁结构新旧裂缝荷载量值的检测与记录，卸掉荷载后，除记录结构参数残余量值外，还应进一步测量既有裂缝的闭合状态，若其在静载试验后并未达到控制荷载情况下裂缝的状态，则应立即停止加载[1]，并深入分析原因。

就试验原理而言，通常对预制完成的空心板梁直接加载以进行单片预应力混凝土空心板梁静载试验，通过各种试验仪器的应用对梁体结构的应变和挠度进行检测，并最终在梁体整体运行状态下确定出受外力影响后梁体所发生应变的程度。首先采用有限元软件得出桥梁梁体成桥后在极限状态下运营时空心板梁对截面的控制内力以及二期恒载在静载空心板梁控制截面的恒载内力。根据梁底应变等效原则并充分考虑加载工况，进行试验结果的初步估计。

2 静载试验检测加载方式

考虑到试验过程的严谨性与试验结果的准确性，静载试验必须在梁桥结构温度较为稳定的时期进行。试验过程中采用分级的方式进行加卸载，得到静载试验荷载和变位曲线，并在每一加载等级试验工况下，采取单次逐级加载至最大荷载水平的方式，并逐级卸荷至零，在上述加卸载过程中进行每级荷载下试验参数的观测与记录。

2.1 均匀堆放沙袋加载

该静载试验加载方式下，按照试验设计方案，由下至上分别进行第一级、第二级、……第n级荷载均匀施加，并分别测量和记录各级荷载施加后桥梁结构应力应变参数取值及变化程度，见图1。

图1 均匀堆放沙袋加载试验方式

2.2 千斤顶反力加载

此加载方式下，将千斤顶分别设置在静载空心板梁跨中位置，并将反力梁设置在千斤顶上，通过在反力梁上堆放荷载以阻止反力梁上缘拉应力出现。

3 工程应用

烟台市蓬莱至栖霞高速公路第二合同段k14+215富阳李家中桥按6×20m简支梁设计，桥梁下部墩台为钻孔灌注桩基础，在台帽上调整横坡，单幅桥面宽12.5m，横桥向包括5片T梁。桥面结构铺装层按照厚10cm沥青混凝土+厚10cm现浇混凝土设计。汽车荷载-超20级，挂车荷载-120，人群荷载-3.5kN·m-2，按照试验要求，随机选择1片中板采用千斤顶反力加载方式进行静载试验检测，所选择的预应力混凝土空心板编号1#，长×宽×厚为20m×0.99m×0.80m，板端和支座接触面的长度为0.35m。根据该桥梁结构设计图纸，本次静载试验预应力混凝土空心板等效荷载值为608kN·m-1，试验过程中集中荷载施加于跨中位置，预应力混凝土空心板载荷等级按第一级0kN、第二级25.2kN、第三级50.4kN、第四级76.5kN、第五级100.8kN、第六级126.5kN设置。根据对本新建桥梁静载试验方案的设计，将挠度测点布置在其跨中和两端支座处，并将应变测点设置在跨中下缘。

该新建桥梁梁体外观良好，且在试验前后并未出现梁体裂缝问题，编号1#的预应力混凝土空心板静载试验所得到的梁体结构控制截面挠度结果和应力应变检测结果见表1所示。100%加载时实测预应力混凝土空心板应变为98，理论应变123，校验系数0.82。根据相关文献，进行编号1#的预应力混凝土空心板实测挠度支点沉降修正，修正后其100%加载时实测预应力混凝土空心板挠度5.70mm，理论挠度6.10mm，校验系数0.94，由此结果可知，在各级荷载的作用下，应力应变及挠度校验系数均符合相关规范[2]规定，表明本新建桥梁预应力混凝土空心板结构强度和刚度均符合设计要求。

表1 梁体挠度和应力应变静载试验结果

根据进一步试验结果可知，100%加载时实测预应力混凝土空心板总挠度5.87mm，弹性挠度5.42mm、残余挠度0.45mm，相对残余挠度为8.2%，其相对残余变位试验结果符合规范所规定的0.2mm的水平，而且在各级载荷等级下，预应力混凝土空心板荷载～挠度曲线较为平滑，表明挠度实测值线弹性关系较好，且在最大试验荷载水平下，预应力混凝土空心板受力符合弹性范围要求，处于良好的弹性工作状态[3]。

4 结语

通过本文分析可知，引起桥梁结构稳定运行的因素较多，为便于桥梁结构施工质量及运行稳定性的分析，必须进行性能测试，以客观评价桥梁结构在荷载作用下的动力特性。单梁刚度是否符合相关规范规定直接关系到桥梁整体结构的稳定性与使用性能，通过对该新建桥梁编号1#的预应力混凝土空心板的静载试验，计算出单片试验梁结构控制截面应变和挠度校验系数，并总结出单片试验梁静力刚度内在变化规律。通过对试验结果的分析可知，该桥梁预应力混凝土空心板应变校验系数和挠度校验系数的取值范围均在规范所规定的范围内，表明，桥梁施工过程中质量控制措施也十分到位，其实际运行状况优于理论状况，结构承载力完全符合设计要求，且具有一定安全储备。