橋梁荷載試驗方案及承載能力評估

丁邦平

（安徽省安慶市公路管理局 直屬分局，安徽 安慶 246002）

0 引言

1 荷載試驗的目的和試驗方法

1.1 試驗的目的

橋梁荷載試驗主要包括靜載試驗和動載試驗，靜載試驗是量測橋梁結構在靜力荷載作用下的變形和內力，將特定的荷載放置在橋梁的計算受力最不利、施工質量比較差或結構病害比較嚴重等特定斷面位置，測試橋梁的靜力位移、靜力應變和裂縫等參數，確定橋梁結構的實際工作狀態與設計期望值是否相符。動載試驗是利用某種激振方法激起橋梁的振動，測定橋梁的固有頻率、振型、動力沖擊系數等，從而判斷橋梁的動力性能、整體剛度和行車性能等是否滿足規范要求，進一步對橋梁的綜合質量進行評價。通過荷載試驗，計算和分析研究，對橋梁的安全狀態和施工質量進行一次檢驗，確定橋梁的最終狀態，是對橋梁施工過程的一次全面有效地評價，為橋梁后期的養護以及長期監測等積累資料。

1.2 試驗的方法

1.2.1 應變測試方法

應變測試采用振旋應變計，在橋梁的施工過程中，在左右幅的跨中、V腿根部等關鍵截面均埋設了振旋應變計；在施工過程中振旋應變儀破壞比較多的箱式關鍵部位，采用電阻式應變片和DH3815N靜態數據采集儀。

為了提高測量的準確性，在左右幅的墩臺及跨中橋面布置1米長的標準金屬桿加千分表，測量靜載試驗中的橋面應變，與振旋、電阻應變結果比較。

1.2.2 撓度測量方法

豎向位移測量采用精密水準儀按二等工程水準測量要求進行觀測。

本研究對患者靶區分別設計IMRT固定6野計劃、IMRT固定7野計劃和VMAT旋轉雙弧計劃的三種調強照射方式，通過DVH劑量體積直方圖從靶區劑量分布、劑量分布適形度和均勻性及心臟、肺及對側乳腺等危及器官受量方面與對三者進行劑量學比較。研究發現盡管三種治療方式之間的靶區HI沒有差別，但是VMAT計劃方式的PTV靶區覆蓋適形度最高，且平均劑量明顯較6F、7F方式小。

1.2.3 動態數據測量方法

AZ－Cras動態測試系統，主要為橋梁的振動、應變、沖擊等信號采集，沖擊系數分析，環境激勵的模態試驗，以及可以選擇的應變模態試驗和橋梁撓度實時測量等。

靜載試驗和動載試驗雖然在試驗目的和使用內容等方面不同，是兩種不同性質的試驗，但是對于全面掌握橋梁結構的質量，進一步對橋梁結構進行評價，具有同等重要性。

2 靜載試驗

2.1 加載位置的確定

利用橋梁空間線形與非線性分析程序 MIDAS／CIVIL2006有限元程序建立全橋模型，全橋共劃分為390個單元，420個節點 ，根據理論計算模型及彎距包絡圖加載。將計算結果與荷載試驗結果進行比較，以驗證設計理論，施工質量，判斷實橋承載力。

按照計算的橋梁活載作用下包絡圖制定加載方案，根據計算的橋梁彎矩包絡圖及實際加載車輛的結構，確定了在邊跨跨中附近、主跨跨中附近對稱加載和偏載共4個工況，根據靜載試驗荷載效應及主梁控制界面的設計彎矩值，在試驗中模擬相應界面處設計荷載產生的內力效應較大值的布載方式進行加載，綜合考慮試驗的方便及車輛的來源，采用10輛400KN的車輛進行加載，加載車輛的技術標準見表1：

試驗各工況下所需要的車輛數量，根據設計標準活載產生的工況下的最不利效應值按照荷載效應系數換算得到，試驗前對每輛車進行配重，使加載車軸重量達到試驗要求，且保證在試驗過程中不會發生明顯變化。

表1 加載車輛的技術標準

2.2 應力測點布置

全橋分別選擇中跨跨中截面、邊跨跨中、合攏段等截面，同時在墩臺截面增加2個反彎點測試截面，在每個截面3個腹板位置各預埋3個振弦式傳感器進行測量，對于部分傳感被施工期間破壞的，在該界面箱室里面粘帖應變片；同時在橋面利用千分表進行測試，千分表布置在邊跨跨中和中跨跨中位置，每截面在外側腹板位置布置2個測點。

2.3 靜載試驗的評定及試驗結果

2.3.1 靜載試驗的評定方法

（1）實測結構的效驗系數ξ，是撓度或應力試驗值與理論值之比值，反映了結構的施工工作狀態。

實測結構的效驗系數是一個重要的評定指標，判斷橋梁承載能力狀況，ξ!1時說明結構計算偏于安全，結構具有一定的安全儲備，應力效驗系數越小，說明結構的安全儲備越高。

（2）橫向偏載系數η，通過實測偏載作用下最大撓度或應力和平均撓度或應力的比值，反映了橋梁的抗扭能力。

n——下緣測點數

Smax——下緣測點對大撓度或應力

Si——下緣各測點撓度或應力值

偏載系數是衡量主梁抗扭能力的主要指標，偏載系數越小，說明主梁的抗扭能力越強，整體性能好，承受不利偏載作用的能力強。

2.3.2 靜載試驗結果

靜載試驗加載在嚴格按試驗方案中擬定的加載程序分級加載。加載過程按車隊列分級加載，橫向先施加橋中心的車輛，后施加外側的車輛。在某一工況完成加載和測試工作后，根據下一工況的加載情況，增加或減少車輛。

限于篇幅，靜載試驗的工況多，實測數據比較多，試驗數據未一一列出，通過對各試驗工況數據分析，邊跨對稱加載各截面的應力效驗系數ξ為0.5～0.88，撓度效驗系數η為0.57～0.8；中跨對稱加載各截面的應力效驗系數ξ為0.5～0.84，撓度效驗系數η為0.51～0.78；中跨偏載加載各截面的應力效驗系數ξ為0.5～0.82，撓度效驗系數η為0.3～0.84；邊跨偏載加載各截面的應力效驗系數ξ為0.2～0.92，撓度效驗系數η為0.37～0.94，各工況效驗系數均小于1，橋梁外觀結構檢查無裂縫出現。說明橋梁在靜載各工況均處于彈性工作范圍內，具備設計的強度和剛度要求。

3 動載試驗

動力荷載試驗的目的在于研究大橋的整體結構的動力學特性，以判斷橋梁的實際運營狀況和橋梁的實際承載能力。在進行動載試驗時，對于汽車荷載需要計入沖擊系數（1＋μ），沖擊系數是一個綜合性動力參數，影響因素比較多，如車輛的振動頻率、橋梁結構的基頻、橋梁不平整程度和車輛通過橋面的速度等。

3.1 試驗工況

動力荷載試驗的測試內容主要包括：無障礙行車動力響應測試和有障礙行車響應測試。通常通過行車試驗、剎車試驗、跳車試驗等進行檢驗。

（1）行車試驗：試驗使用30噸重車分別以車速20km／h、30km／h、40km／h和60km／h勻速通過橋梁結構，利用速度傳感器測量結構豎向速度時程曲線，積分求的結構的動位移時程曲線，以測得橋梁在正常行車條件下的實際沖擊系數平均值。

（2）剎車試驗：試驗時采用一輛試驗車以30km／h的速度勻速行駛至中跨跨中斷面時實施緊急剎車，使其產生較大的制動力并對橋梁形成一定的沖擊作用，測定跨中截面測點的豎向振幅響應。

（3）跳車試驗：在橋梁跨中設置高度為7cm的障礙物，模擬橋面鋪裝的局部不平整或損傷狀態。試驗時采用一輛試驗車分別以20km／h、30km／h的速度勻速通過橋跨結構，在跨越障礙物時對橋梁形成沖擊作用，激起橋梁較大的豎向振動，測定橋梁在橋面不良狀態下運行車輛荷載作用下的動態響應。

3.2 動載各工況試驗結果分析

通過對以上各工況模態分析結果分析（篇幅所限，各工況時程曲線未列出），結構的實測頻率均高于理論值，結構實測振型與理論計算結果較吻合，跑車試驗實測沖擊系數在1.03～1.10之間與理論值1.05（1＋μ）吻合程度較好，試驗結果表明橋梁動剛度滿足設計要求。

4 結語

通過對該大橋的靜、動載試驗檢測，表明該V腿剛構橋在靜、動載工況下，最不利截面的應力、各關鍵部位及結構整體特征的實測值與理論值能夠較好地吻合，左右幅應力效驗系數多數為0.6～0.8之間，最大為0.92；位移效驗系數多為0.6～0.8之間，最大值為0.94。試驗加載過程中，主要截面測點的應變、位移和抗裂性能均滿足規范要求，表明該大橋結構的承載能力、強度、剛度和穩定性均滿足抗裂設計荷載正常使用要求，整個主橋的承載能力滿足設計荷載正常使用要求。