龙岗桥静载试验分析

朱博文 殷立辉* 王阳 张云康 穆雨彤

（1 黑龙江大学建筑工程学院；2 黑龙江大学水利电力学院）

0 引言

近年来，随着我国的工程建设水平高速发展，各式各样的桥梁层出不穷。因此对桥梁的检测和质量要求更高。桥梁检测的方法分为动载试验、静载试验、无损检测。其中静载试验是了解结构特性的重要手段.一般用来直接解决结构的静力问题，并且在进行结构动力试验时也要先进行静载试验以测定结构有关的特性参数。它最大的优势在于加载设备相对来说比较简单，荷载可以逐步施加，并且可以随时停止，以便仔细观察结构变形的发展，给人们以最明确和清晰的概念。本文采用Midas Civil 等软件对一实际工程案例进行建模测算，并且结合图表进行了一系列数据分析。

1 桥梁概况

龙岗桥位于西二路与滨洲线相交处，位于大庆让胡路区后龙岗。主线跨越、康平街、滨洲铁路、哈齐客运专线、一条铁路专用线及一条远期铁路专用线、中三路。桥梁建设共分为二期。

桥梁主体建设一期包括A 线、W 线、E 线，主桥A 线长887.38m，其中主桥长444.24m，桥宽为17.5～34.5m，双向四车道，引道长219.52m，引道宽17.5m；W 线全长402.47m，其中匝道桥长116m，桥宽7.5m，单向单车道；E线全长402.47m，其中匝道桥长116m，桥宽7.5m，单向单车道，A线、W线、E线由大庆市高薪技术开发区设计院设计，于2006年正式通车。本文选择A线分叉桥做桥梁静载试验。A 线起点至A3#墩桥跨中心线，横断布置为：0.4m（防撞墙）+16.7m（机动车道）+0.4m（防撞墙）；A8#墩～A13#墩桥跨中心线，横断布置为：0.4m（防撞墙）+16.7m～33.7m（机动车道）+0.4m（防撞墙）；A13#墩桥跨中心线至终点，横断布置为：0.4m（防撞墙）+16.7m（机动车道）+0.4m（防撞墙）。

2 检测与评价方法

进行桥梁静载试验的目的是测量在运行状态下的各个重要截面在静载作用下的应力变化是否等同于设计值。静载试验是防止桥梁在使用过程中出现问题的重要手段之一。

2.1 试验效率

常规桥梁验收性荷载试验的控制荷载应采用现行行业标准规定的汽车和人群荷载标准值，当设计另有规定时，应从其规定。特大桥或结构体系复杂桥梁的验收性荷载试验，其控制荷载宜通过内力或变位计算值与设计值核验后确定。鉴定性荷载试验的控制荷载应按原设计荷载或目标荷载选用；对结构检测和检算后认定承载能力不足的桥梁，可降低控制荷载等级。

静力荷载试验效率ηs，是某一控制截面在试验荷载作用下的计算效应与该截面对应设计控制效应的比值。静力荷载试验效率ηs，对验收性荷载试验，宜介于0.85～1.05 之间；对鉴定性荷载试验，ηs宜介于0.95～1.05 之间。本次试验以设计荷载作为控制荷载，结合本项目实际情况，ηq宜介于0.95～1.05 之间。ηs应按以下公式计算：

式中：

ηs——静力试验荷载效率；

Sstat——为某一加载试验项目对应的加载控制段内力、应力或位移的最大计算影响值；

SK——是由校核荷载产生的同一荷载控制截面的内力、应力或位移的最不利影响的计算值；

（1+μ）——μ为根据规范取的冲击系数值。

2.2 实验加载方法

为了探究实验荷载效率变化规律，并且最大程度的保护结构，防止其因为荷载过大发生结构破坏，所以我们进行分级加载，分级加载致最大荷载后卸载。试验前在桥面预先画出加载位置，加载时试验荷载应按规定顺序准确就位，卸载时试验荷载退出桥梁结构试验影响区。

⑴桥梁静载试验应当在温度湿度等指标较为适宜的时间段内进行。

⑵静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。同一级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5 分钟内的变位增量小于第一个5 分钟变位增量的15%，或小于所用测量仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定［1］。

⑶全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应立即读数一次，并在结构变位达到相对稳定后，进入下—级荷载之前再读数—次［2］。

⑷静载试验终止条件

在进行桥梁静力荷载试验的过程中如果发现以下情况应当立即停止实验，弄清楚故障原因，防止造成经济损失或人员伤亡：

①各个主要测点的挠度值及应变值有一个或以上达到了理论值；

②梁上裂缝的深度、长度、宽度以及数量显著增加或增大，有崩坏趋势时；

③挠度分布不均；

④桥体出现崩角，异响等其他情况。

3 实验方案

本次荷载试验计算模型见图1。

图1 A线17m+17.23m连续分叉箱梁有限元计算模型

3.1 测点布置

根据理论计算及现场调查结果，应变及挠度测点布置见图2。

图2 控制截面B-B应变测点布置示意图（cm）

图3 控制截面C-C应变测点布置示意图（cm）

A 线17m+17.234m 连续分叉箱梁（A6～A8 墩间桥跨）：在试验跨外侧半幅的控制截面B-B 梁底及腹板布置应变测点，共计11 个测点；控制截面C-C 腹板布置应变测点，共计3个测点。测点布置示意图见图2～图4。

图4 控制截面B-B挠度测点布置示意图（cm）

3.2 试验车及加载工况

本桥设计荷载采用城-A 级（设计规范：城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）），根据各测试截面的内力影响线，按最不利位置加载，在保证各主要测试截面试验荷载效率系数η至少达到0.95 以上的条件下，经计算确定静载试验加载车重量：45.9t，加载车辆数目取2～4辆。试验车辆参数见图5，试验加载车实际轴重及轴距见表1。

表1 试验加载车轴重及轴距 （kN）

图5 静载试验加载车辆

结合桥梁实际现场情况，确定本次静载试验的加载工况及相应检验项目见表2。

表2 静载试验加载工况及测试该作品汇总

3.3 加载车位及试验效率

试验车辆分级加载布置见图6，工况试验荷载效率见表3。

表3 工况试验荷载效率

图6 工况1试验车辆分级加载布置图（单位：cm）

由表3 结果可知，腹板的试验荷载效率在0.82 至1.03之间，均在正常范围内，符合规范要求。

4 静载试验检测结果

4.1 应变测试结果与分析

在进行应变数据对比分析时，选取了对应加载工况的测试值与对应位置的计算值对比分析。表中应变值均为在试验荷载作用下结构表面应变增量，拉应变数值为正值，压应变数值为负值（单位：µε）。试验工况下的应变测试结果见表4～表6所示。

表4 工况1（满载）A线第12跨跨中主梁梁底应变测点测试结果

由表4 可知，主梁梁底9 个测点的应变相对残余在5.71%至16.67%之间，均在20%以内，满足规范要求。

由表5、表6 可知，A 线第12 跨跨中主梁腹板与A 线第12 跨跨中主梁梁底弹性应变实测值与计算值相差不大，计算差距在可控范围之内。

表5 工况1（满载）A线第12跨跨中主梁腹板应变测点测试结果

表6 工况1 A线第12跨跨中主梁梁底应变测点分级测试结果

4.2 挠度测试结果与分析

试验工况下主梁竖向挠度测试结果见表7、表8所示。

表7 工况1（满载）A 线第12 跨主梁B-B截面竖向挠度测试结果

表8 工况1（满载）A 线第12 跨主梁B-B截面竖向挠度分级测试结果

由表7、表8 可知，A 线第12 跨主梁B-B 截面挠度实

5 结论

⑴截面挠度，应变的实测值与计算值基本相似，表明该结构的横向状况良好。

⑵理论挠度计算值大于弹性挠度实测值，挠度校验系数为0.78～0.95，结构刚度满足规范要求［3］。最大相对残余变形为16.67%，小于规范容许值20%。表明结构处于弹性工作状态。

⑶理论应变计算值大于弹性应变实测值，应变校验系数为0.80～0.96，结构强度满足规范要求［3］。最大相对残余应变为1.57%，小于规范容许值20%。表明结构处于弹性工作状态。