浅谈运用软件分析桥梁荷载试验应用分析

王超

安徽省建设工程测试研究院有限责任公司 安徽 合肥 230051

引言

现如今是城市飞速发展的时代，城市高架的建设与发展显得尤为重要，城市高架的建设使地区与地区之间的经济交流关系更加密切，而且还影响居民的出行体验，使居民出行更加便利快捷。然而随着大量城市高架的建成以及旧高架的养护改建，且近些年全国各地区出现的城市高架倒塌事件，让如何保证城市高架建设稳定性和安全性，成为建设方以及各参建方密切关注的问题。而荷载试验检测作为一种重要的道路桥梁检测方式，对于其运营承载力的判断是非常精确的[1]。

1 桥梁荷载试验任务

1.1 检验桥梁设计与施工质量

现新建和改扩建高架或者有特殊设计的桥梁，在交竣工验收时一般都会要求进行桥梁荷载试验，并且把试验结果作为评定桥梁优劣的主要材料和依据，另一方面，桥梁工程师通过桥梁荷载试验了解桥梁在活荷载作用下荷载的极限状态行为，且可以分析验证有关应力水平、荷载分布的假设。

1.2 评定桥梁结构的实际承载内力

目前，全国有很多以前建设的设计荷载偏低的桥梁，已经无法适应目前的交通发展的需要了，对于此类桥梁在改建和扩建后的质量，还是很有必要通过荷载试验验证其荷载能力的。

1.3 验证桥梁结构设计方法及设计理论

随着桥梁施工技术的发展，在桥梁工程施工中会不断地出现新工艺，新材料，新结构，对于这些新方法，新材料的引用实践，桥梁荷载试验数据同时也可以提供有力的参考价值。

1.4 桥梁结构动态反应及动力特性的测试研究

桥梁在服役期间必然会遇到动力荷载作用下产生的震动和动态增量以及冲击系数，桥梁结构抗震性能和轻柔结构抗风稳定等，所以更应该对桥梁动态反应和动力特性进行检验检测和研究[2]。

2 桥梁荷载试验中关于结构分析的必要性

在现行的设计规范《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTG3362-2018）和检测规范《公路水运工程试验检测机构等级标准》对于有限元模型计算和桥梁计算分析软件要求越来越明确，所以不光从设计角度还是检测角度来讲，有限元分析都是强有力辅助手段。

现在的桥梁结构形式越来越复杂，空间效应越来越明显，二维平面计算已经满足不了计算精度要求，同时也满足不了计算周期的要求。

3 等效静载布置的流程

3.1 建立结构静力分析模型

对结构的边界条件、荷载、作用和刚度分布进行了充分的模拟，可以更好地提取理论结果。其实单从检测角度建立静模型并不需要和设计时建立模型一样复杂，不需要输入预应力钢束及普通钢筋；不需要定义自重铺装和恒载；不需要定义支座沉降与温度作用[3]。

3.2 计算设计荷载的结构响应

应提取控制段的内部结构荷载力，作为满足试验规范中试验段要求的等效静荷载布置的目标。

3.3 确定等效静载加载位置

根据影响线和最不利布置原则，计算加载车辆数量并监控具体加载位置，使加载截面达到相同或等效的内力响应水平。

3.4 判断加载效率

根据《公路桥梁荷载规程》计算等效静载的加载效率，作为判断出具的静载试验方案是否合理的主要依据。

4 桥梁静载试验计算

4.1 计算模型的建立

梁桥的工作状态是在分级静载试验后确定的，其内力的最不利位置是根据内力包络图和常规结构试验的结果确定的。

4.1.1 由桥梁结构分析软件Midas/Civil2016计算得出的弯矩包络图见图1所示。经过结构分析精确的计算确定该联的内力控制断面。

经过分析，确定的3个主要内力控制断面分别为：

4.1.1.1 边跨最大正弯矩断面；

4.1.1.2 支点负弯矩断面；

4.1.1.3 中跨跨中最大正弯矩断面[4]；

图1 主桥右幅（97.687+153+97.506）m标准活载作用下全桥弯矩My包络图

根据包络图，经分析确定3个主要内力控制断面见图2：

图2 主桥右幅（97.687+153+97.506）m各测试控制断面布置图 （单位：cm）

由各控制断面确定的荷载试验工况： A截面处箱梁最大内力及挠度的对称加载试验；该控制断面处的弯矩影响线见图3。

图3 A断面处弯矩影响线图

4.2 静载测点布置

在桥梁的每个正弯矩和负弯矩控制断面布置不少于7个应力（应变）测点，主要是为了测试桥梁主要构件的每个控制断面在最大弯矩的作用下的受力情况[5]。静载测点布置见图4所示：

图4 截面静载测点布置图

4.3 结构剪应变（剪应力）测点布置

采用直角型应变花，1组直角型应变花由3支呈45°间隔分布的传感器组成。在支点截面附近处腹板表面布置1组应变花，主要测量支点附近结构在中性轴附近的剪应力和主拉应力[6]。3支传感器编号分别为E0、E45、E90。腹板表面应变花测点的具体构造见图5。

图5 应变花具体构造图 （单位：cm）

4.4 静载试验荷载效率系数按下式计算。

式中：Sstat：静载试验荷载的作用下加载控制截面内力或位移的最大计算效应值；S：控制荷载产生的同一加载控制截面内力或位移的最不利效应计算值；μ：冲击系数[7]。

5 数据处理及结果评定

桥梁荷载试验和桥梁完工状态下单梁荷载试验的数据处理基本相同，计算出结构的总位移值（或总应力）、结构的弹性位移（或应力）值、结构的残余位移（或应力）值，相对残余位移（或电压）和校准系数值。此外，当有支点发生沉降时时，必须校正沉降点。

6 结束语

本文对试验内容、实验目的、试验条件、荷载施加、计算模型建立、计算跨径的选择、测点布置及加载方式做了基本阐述，在试验过程中需要对多个截面试验工况进行分析，文中只针对个截面进行分析，希望对类似项目桥梁荷载试验检测工作具有参考意义。