橋梁檢測中的靜載試驗分析

劉飛民

摘 要：結構荷載試驗是橋梁檢測中基礎技術，也是對橋梁結構物進行直接測試的主要用方法，而靜力荷載試驗是結構荷載試驗的一種。文章以A橋梁為例，簡要闡述了A橋梁檢測中的靜力荷載試驗設計過程，并對A橋梁檢測中的靜力荷載試驗結果進行了分析。

關鍵詞：橋梁;靜載試驗;承載能力

前言：

橋梁靜力荷載試驗是一種可直觀評定橋梁承載能力的手段，通過若干個測點的布置，可全面剖析橋梁結構受力情況，對橋梁結構質量進行檢驗，進而判定橋梁工程整體結構的可靠性、安全性。對于多數中跨徑特別是大跨徑的橋梁而言，通過靜力荷載試驗，可以綜合、具體檢定橋梁工程質量可靠性。基于此，對橋梁檢測中的靜力荷載試驗進行適當分析非常必要。

一、橋梁檢測項目概述

A橋梁橋跨結構為6*20m簡支連續箱梁，寬度為（0.70+11.00+0.70m），設計為雙車道。該橋梁橫向是在4片主梁結構上進行的11.0cm厚一體化混凝土現澆（預制箱梁混凝土設計標號為C50），下部結構包括柱式墩、肋板臺、擴大基礎幾個部分。A橋梁于2008年正式建成通車，設計荷載為公路-I級。

二、橋梁檢測中的靜載試驗設計

1、結構現狀調查

橋梁結構現狀調查，可以為橋梁靜力荷載試驗設計提供客觀、合理參考，保證靜力荷載試驗設計的周密合理性。因此，在靜力荷載試驗設計前，需要搜集與A橋梁橋跨結構相關的設計圖紙、計算書、作為設計依據的有關技術資料、變更設計資料及監理日志、施工日志、施工觀測記錄、分部分項驗收報告、材料性能試驗報告、工程質量事故檢查等資料，從裂縫寬度及其他主要控制測點表觀病害等入手，對A橋梁現狀進行調查[1]。

通過對A橋梁表觀病害進行觀察，發現A橋梁預制梁總體表觀狀況良好，表面較為平滑，且沒有較為明顯的受力裂縫。

2、測試項目設計

A橋梁檢測中的靜力荷載試驗項目主要包括主梁控制截面在試驗荷載下的應力、主梁控制截面在試驗載荷下的最大撓度兩個方面內容[2]。其中應力可以衡量A橋梁結構強度，需要在A橋梁現澆混凝土表面進行表面應變計安裝，并配置筆記本電腦、自動采集系統，進行數據分析;而最大撓度可以有效判定A橋梁整體結構實際剛度，主要利用智能位移計進行測量。A橋梁靜力荷載試驗加載控制截面位置主要包括第一跨跨中附近位置、第一跨內支點截面、第二跨跨中截面等，控制效應主要為最大正彎矩效應、最大負彎矩效應。

3、控制荷載確定

A橋梁檢測中的靜力控制荷載的確定主要是根據荷載等級，設計相應的荷載效應控制值，促使控制截面在內力、位移、變形方面產生最不利荷載效應。確定靜載試驗荷載大小、加載位置主要采用靜力荷載試驗效率ηq控制，ηq計算公式如下：

上述式子中為沖擊系數，St為靜力荷載試驗作用下某一加載試驗項目對應的加載控制截面位移變化、應力的最大計算效應值;S為試驗控制載荷下，所產生的同一加載控制截面應力、或者位置變化所產生的最不利效應值。根據設計標準載荷所產生內力最不利效應值，可得出該橋梁加載效率取值偏大，在[0.85，1.05]之間。

在靜力荷載試驗效率ηq確定后，可以對應力撓度校驗系數進行計算，應力撓度校驗系數為試驗荷載作用下實測應變值與試驗荷載作用下理論計算應變值的比值，其數值大小與橋梁結構安全儲備、承載能力呈負相關，一般小于等于1。

4、測點及加載程序設計

根據A橋梁受力特點，在活荷載作用下A橋梁主要以主梁承受彎矩、剪切力、吊桿承受拉力。因此，為了恰當評定A橋梁強度、剛度，可以根據設計圖紙，結合規范要求，在大型有限元軟件MIDAS中，進行空間模型構建，計算A橋梁主梁控制截面在設計荷載作用下可以產生的最不利內力組合及相關截面內力影響線（單位移動荷載作用下內力變化規律的圖形）[3]。在獲得內力影響線之后，利用內力影響線，對結構進行最不利荷載分析。在A橋梁最不利工況下，為了更好的分析A橋梁最不利受力部位撓度及應力，除了在縱梁跨中截面布置測點外，還可以在L/4、3/8L、3/4L及肋板臺進行測點布置。即對梁跨中截面最大正彎矩（按截面第一跨L/2周邊最大正彎矩效應縱橋向二排車、橫橋向兩列車中載布載）、偏載情況下跨中截面正彎矩（按截面第一跨內支點周邊最大正彎矩效應縱橋向兩排車、橫橋向兩列車中載布載）、1/4截面最大正彎矩、3/8截面最大正彎矩、肋板臺最大負彎矩進行逐一計算。

在測點布置方位確定后，為了更加準確的獲得A橋梁結構試驗荷載與變為關系的連續曲線，降低結構以外損傷風險，可以針對不同項目，分別依據二級加載、二級卸零方式，對A橋梁同一主梁截面試驗進行先偏載后滿載最后卸零操作。同時對主跨跨中截面加載工況進行重復加載，并根據A橋梁結構對稱性，選擇主橋的半結構，開展加載試驗。根據A橋梁現場加載設備運行情況，在A橋梁靜力荷載試驗時主要采用三輛載重均為350.0kN的三軸汽車，其前軸重為70kN，中軸重為140.0kN，后軸重為140.0kN，前軸與中軸間距離為4.00m，中軸與后軸間距離為1.35m，輪胎間距為1.80m。

在整個加載工況中，設計彎矩、試驗彎矩及靜力荷載試驗效率均有所差別。以梁跨中截面最大正彎矩為例，設計彎矩為900.23kN·m，試驗彎矩為905.68kN·m，靜力荷載試驗效率為1.02;而肋板臺最大負彎矩設計彎矩為-1356.24kN·m，試驗彎矩為-1426.14kN·m，試驗效率為0.98。

三、橋梁檢測中的靜載試驗實施

根據上述操作，對A橋梁主梁控制截面B的最大撓度及應力進行測試，得出結果如下：

由表1可知，A橋梁個別梁、個別測點實際測量值均小于理論值，表明A橋梁結構現有承載能力、剛度可以滿足公路I級荷載等級要求。同時通過對不同工況試驗殘余變形進行分析，A橋梁各工況相對殘余應變在20.0%以內，卸載后各測點可讀數值可以順利歸零，試驗殘余變形較小，且結構仍然處于彈性運作狀態，試驗荷載下沒有觀測到新的裂縫發展。

總結：

綜上所述，靜力荷載試驗在橋梁檢測評估中占據著至關重要的地位，也是評定橋梁力學性能是否可以滿足規范、設計要求的有效方法。因此，在橋梁檢測中，應根據前期調查所得的橋梁表觀病害，確定靜載試驗項目。并進行控制截面及加載程序的合理設計，保障橋梁檢測中的靜力荷載試驗結果準確度。

參考文獻：

[1]茍海剛， 邢國華， 武名陽，等. 鋁合金/GFRP筋近表面嵌入式增強鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗[J]. 中國公路學報， 2019， 32（8）：100-100.

[2]宋廣， 楊鵬， 侯智超，等. 黃河中下游地區大直徑超長灌注樁靜載試驗與分析[J]. 工程勘察， 2019， 47（9）：55-58.

[3]黃生根， 付明， 胡然，等. 基于顆粒流的多級旋擴樁承載特性宏細觀研究[J]. 長江科學院院報， 2019， 36（11）：76-82.