靜載試驗在某橋梁中的實踐應用

朱先祥，倪福海，丁偉，陳海濤

（1.安徽省中盛建設工程試驗檢測有限公司，安徽 合肥 230051;2.東華理工大學放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室，江西 南昌 330013)

隨著社會經濟的發展，橋梁已成為人們生活中的重要基礎設施，由于近年來不斷有橋梁事故的發生，橋梁結構的安全性能受到人們的廣泛關注[1-2]。為了解新建橋梁的結構性能及承載能力，為檢驗橋梁設計提供依據，保證運營時的安全，需要對橋梁進行檢測，計算橋梁結構的性能指標，判別相關性能是否達到安全通行的要求[3-4]。本文以安徽某新建公路橋為例，依據橋梁荷載試驗的相關規范，通過橋梁的靜載試驗，并將實測數據與理論值對比來確定該橋的安全性能。

1 工程概況

該工程橋梁為上跨橋分東西兩幅橋布置，單幅橋之間間距1m，采用鏤空布置 (圖 1)。兩幅橋的橋跨布置均為4x30m、35+50+35m、4x30m，共三聯，全長360m，每幅橋寬13m，為單向三車道。主橋35+50+35m主梁為預應力混凝土變截面連續箱梁，中支點處梁高3.0m，跨中梁高1.8m，梁底為二次拋物線變化；4x30m標準段箱梁，主梁為預應力混凝土等截面連續箱梁，梁高1.8 m。下部采用雙方柱型橋墩，U型橋臺；基礎采用承臺加鉆孔灌注樁基礎；橋梁兩端引道采用懸臂式擋墻結構。

圖1 橋梁局部圖

試驗工況 表1

2 有限元計算模型建立

采用MIDAS CIVIL[1]有限元分析建立和計算軟件橋梁模型，將主梁的結構分離和單元劃分采用空間梁單元模型，提供的變截面和變截面組截面梁單元定義。變截面和變截面組截面梁單元只需定義變截面段前后兩端的截面，中間截面系統會按照截面各構件尺寸或人工定義的截面特性值按插值自動分配。

單元截面按原結構尺寸定義，用CAD繪制單元截面圖，并采用程序中的截面計算器對繪制的截面進行計算和導入，并指定給相應單元。考慮現場試驗條件，選定橋梁A第二聯第6/7跨、橋梁B第二聯第6/7跨和橋梁C第二聯7/8跨作為試驗跨。根據荷載工況確定測試截面，縱向利用MIDAS CIVIL有限元軟件建立模型見圖2，按照橋梁影響線施車輛荷載，選取最不利的加載位置，橫向利用移動荷載追蹤器追蹤到車輛最不利的加載位置。

圖2 橋梁A/B/C立體模型圖

3 靜載試驗

3.1 工況選擇和測點布置

本工程橋梁分3段靜載試驗共擬安排3個試驗工況，以檢測控制截面承受荷載時的承載能力，試驗工況詳見表1與圖3。

圖3 橋梁A/B/C試驗截面示意圖

圖4 截面測點布置圖

圖4(a)中f1、f2為橋梁A(1-1截面)沉降位移測點，f3、f4為橋梁B同位置測點；f5、f6為橋梁C同位置測點。圖4(b)中為三座橋梁最大正彎矩（1-1截面、3-3截面和5-5截面）控制截面箱梁底各布置5個應變片，測試箱梁在各級試驗荷載作用下的受力狀況，各截面應力測點布置。

3.2 車輛信息

試驗荷載采用后八輪載重貨車加載，加載車輛詳細信息見表2，各工況下車輛縱向布置見圖5。

4 實驗結果分析

在對應變進行結果分析時，由于使用的儀器將會直接對橋梁進行應變測量，為使結果分析方便，將計算應力值轉換成為應變值，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/TJ21-2011）的規定，靜力荷載試驗結構校驗系數ξ按公式（1）計算：

車輛信息表 表2

圖5 車輛橫向布置圖

式中：Se是在荷載試驗過程中針對控制截面所測得的彈性變位或應變數值，Ss是針對結構進行模擬理論計算所得到的計算變位或應變數值；

靜力荷載試驗測點相對殘余變位或相對殘余應變S'P按公式（2）計算：

式中：SP在荷載試驗中對橋梁結構的控制截面所測得的殘余變位或殘余應變數值；St是對應于殘余變位或殘余應變的實測總變位或總應變。

從表3中應變校驗系數和撓度校驗系數可知，校驗系數基本小于1.0，代表橋梁的實際狀況要好于理論狀況，此梁承載能力滿足試驗加載車的加載。靜力試驗荷載作用下主要測點的撓度校驗系數值的范圍為0.68～0.70。主橋各個控制截面的撓度變形實測值與理論值結果的變化規律一致。實測值均小于理論值，說明橋梁結構的實際剛度大于計算剛度[4]。各控制測量截面的相對殘余值均在20%范圍內，說明橋梁的受壓后變形恢復能力較好，橋梁處于彈性工作狀態。

橋梁變形評定表 表3

5 結語

該橋梁在靜載作用中，主橋各控制截面的撓度和應力實測值與計算結果的變化規律一致，各工況作用下變形校驗系數在0.68～0.70之間，應變校驗系數在0.60～0.75之間，說明橋梁具有一定的安全儲備；相對殘余變形在7.45%～9.41%之間，相對殘余應變在6.45%～14.29%之間，說明橋梁處于彈性工作狀態。在高精度全站儀測量下，測量的結構殘余變形非常小，說明在試驗過程中結構處于彈性工作狀態。