基于靜載試驗的板橋檢測及性能分析

王兆斌，王 洋

（1.山西省孝義市公路管理段，山西 孝義 032300；2.河北工業大學 土木工程學院，天津 300401）

橋梁在自然環境的侵蝕和荷載作用下，其結構出現了一定的損傷，導致承載能力降低，影響了正常的交通，制約了社會的發展[1]。對現有服役橋梁結構進行承載能力檢測，可以掌握實際運營性能狀況[2]。橋梁靜力荷載試驗是判別橋梁承載能力的有效手段，試驗基于橋梁歷史資料和使用狀況，通過現場試驗采集數據，進行科學的計算分析，能夠準確把握橋梁現實結構狀況和承載能力[3-7]。以山西省某八跨簡支預應力空心板梁橋為工程背景，通過靜力荷載的試驗方法，進行橋的整體受力性能評定，對提高橋梁的安全性具有重要的意義。

1 工程概況

該橋建于1995年4月，橋梁全長143m，上部結構為八跨簡支預應力空心板，橫向分布13塊板，每跨橋長16m。橋面寬度：凈15m（行車道）+2×0.5m（護欄），全寬16m。下部結構為樁柱式橋墩，基礎橋臺為重力式橋臺。設計荷載：公路—Ⅰ級。為了判定該橋整體性能是否滿足使用要求，對該橋進行了靜力荷載試驗。該橋結構簡圖見圖1。

2 靜載試驗

2.1 靜載試驗設計

根據常規檢查結果及橋梁施工圖，結合左幅為重載交通，選擇左幅第三跨作為試驗橋跨進行靜力荷載試驗。試驗的內容為在試驗荷載作用下跨中截面最大正彎矩和撓度。試驗加載按公路Ⅰ級汽車荷載進行，利用Midas Civi車道面加載功能計算車道面荷載作用下的最不利內力效應，然后根據彎矩等效原則確定試驗荷載為350KN加載車輛（前軸70KN，后雙軸均為140KN），如圖2所示。

2.2 靜載試驗效率的確定

靜力荷載試驗效率是某一控制斷面在試驗荷載作用下的計算效應與該截面對應的設計控制效應的比值。靜力試驗荷載一方面應保證結構的安全性，另一方面又應能充分暴露結構的承載能力，靜力試驗荷載效率宜介于0.95～1.05之間。靜載試驗效率ηq的計算公式為：

式中，SS——加載控制截面內力的最大計算效應值

S'——設計荷載產生的同一加載控制截面內力的最不利效應計算值

μ——沖擊系數值

在設計荷載作用下，計算出試驗控制截面的最不利設計彎矩，并計算出在該試驗荷載作用下，控制截面產生的試驗彎矩，則試驗荷載效率如表1所示。

表1 控制截面靜力試驗彎矩荷載效率表

2.3 加載工況

加載車輛數及加載位置，根據設計標準活載產生的最不利效應值按等效原則換算可得。

（1）主梁跨中正彎矩控制截面加載工況：檢測邊主梁B邊截面和B中截面承受最大正彎矩，考慮1#梁和2#梁控制彎矩和橫向分布系數幾乎相同，故一次加載可得到兩個截面的數據。最大試驗荷載工況布置如圖3所示。

（2）橋跨的跨中最大彎矩控制B截面偏心加載工況。為了檢測截面承受最不利偏心荷載時結構的空間受力性能，采用如圖4所示加載布置。

2.4 撓度試驗

結合簡支梁橋的特點，在試驗跨中和支點處共布置了九處撓度測點。測量時采用電阻式位移進行測試，如圖5所示。

2.5 應變試驗

由于梁橋為預應力空心板簡支結構，在試驗跨中（B截面）共布置應變測點八處。應變測點布置如圖6。圖中字母為控制截面編碼，數字為應變測點號。

3 試驗數據分析

3.1 截面撓度分析

（1）撓度測試校驗系數分析

最大級試驗荷載作用下中載工況和偏載工況下跨中截面各梁撓度校驗系數如表2所示，其實測撓度值與理論計算值曲線見圖7。

由圖7可見，在最大級試驗荷載作用下，跨中截面中載工況撓度校驗系數3號梁二分之一截面最大達0.571；偏載工況撓度校驗系數3號梁二分之一截面最大達0.585，其它測點撓度校驗系數均介于0.209～0.585之間，滿足規范[8]中校驗系數應不大于1的要求，且實測彈性撓度與理論計算撓度曲線一致，實測最大撓度小于理論計算撓度，表明橋梁結構剛度較好。

（2）相對殘余撓度變形分析

相對殘余撓度變形是測點實測殘余撓度變形與實測總撓度的比值。最大級試驗荷載作用下主要測點相對殘余撓度曲線如圖8所示。

表2 撓度校驗系數計算結果

由圖8可見，實測卸載下，跨中截面中載工況相對殘余撓度變形2號梁二分之一截面最大達4.78%；偏載工況下相對殘余撓度變形2號梁二分之一截面最大達6.04%。其他撓度測點相對殘余撓度值均不大于20%，根據要求，表明結構處于彈性工作狀態。

3.2 應變結果分析

（1）應變校驗系數分析

在最大級試驗荷載作用下，中載工況和偏載工況梁跨中截面應變測點應變校驗系數計算值如表3所示。其各測點應變實測值與理論計算值對比如圖9所示。

由圖9可見，在最大級試驗荷載作用下，B3、B4、B5應變測點應變校驗系數在兩個工況下均介于0.407～0.910之間，均小于1，說明B3、B4、B5測點結構強度較好；B1點應變校驗系數在工況一下達到1.091，B6點應變校驗系數在工況二下達到1.196，B1、B6測點的應變校驗系數在工況一、二情況下均大于1，超出了規范值，B1、B6測點強度已無法保證。

表3 應變校驗系數計算結果

（2）測點相對殘余應變結果分析

相對殘余應變等于測點實測殘余應變與實測總應變的比值。在最大級試驗荷載作用下測點相對殘余應變見圖10所示。

由圖10可見，B1點的相對殘余應變最大，在工況一時達34.9%，工況二時達到66.88%，超出規范要求的20%上限，表明結構的受壓區處于塑性工作狀態；B3～B6測點相對殘余應變均介于1.46%～6.36%之間，符合規范要求，表明結構的受拉區處于彈性工作狀態。從梁的整體工作狀態看，梁的受壓區混凝土的承載能力已經受到影響，從安全的角度建議重建主梁。

4 結 論

通過采用荷載試驗法對山西省某預應力空心板簡支梁大橋進行了實地靜力荷載檢測試驗。在分析跨中最大彎矩，偏載工況下檢測截面的撓度值、應變值等參數，得到截面承受最大正彎矩，截面承受最不利偏心荷載時結構的空間受力性能。通過分析計算測點撓度、應變相對殘余變形校驗系數，最終得到該橋整體剛度，控制截面強度性能，并提出了橋梁處置建議，為提高橋梁安全性提供了一種新的研究思路。

[1]王娟.長春富鋒橋加固后荷載試驗與承載能力評定[D].沈陽：沈陽建筑大學（碩士學位論文），2011.

[2]肖偉，張玉偉.某曲線連續橋梁的靜力荷載試驗分析[J].交通科技與經濟，2013,15(1):80-82.

[3]徐仲民.公路橋梁靜力荷載試驗技術研究[J].公路交通科技（應用技術版），2010,64(4):151-153.

[4]姜震，朱宜琛，吳永勝.整體式板橋靜力荷載試驗及計算方法研究[J].森林工程，2012,28(4):47-50.

[5]交通部基本建設質量監督總站.橋涵工程試驗檢測技術[M].北京：人民交通出版社，2004.

[6]Kahleel,Mohammad A.and Itani,Rafik Y.Live-load moments for con-tenuous skew bridge[J].Struct Eng,1990,116(9):2361.

[7]Yam L H,Li Y Y,Wong W O.Sensitiity studies of parameters for damage detection of plate-like structures using static and dynamic approaches[J].Engineering Structures,2002,24(11):1465-1475.

[8]國家交通運輸部.JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程[Z].2011.