荷載試驗在橋梁檢測中的應用

陸建兵

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京210014）

1 工程背景

某大橋（50+80+50m），全長180m。上部結構采用預應力混凝土變截面連續箱梁，為三向預應力結構，箱梁為分離的單箱單室截面，頂板寬12.50m，底寬7.0m，兩側翼緣板2.75m，橋面為單向橫坡2%，設計荷載等級為公路-I級。在檢測中發現該橋中跨L/4處腹板存在斜向裂縫，底板跨中存在橫向裂縫但未貫通，且中跨跨中有明顯的下撓。通過承載能力檢算，該橋作用效應與抗力效應的比值在1.06，需通過荷載試驗評定該橋實際承載能力，橋梁立面圖及橫斷面圖見圖1、圖2。

圖1 橋梁立面（單位：cm）

圖2 橋梁橫斷面（單位：cm）

2 荷載試驗設計

由于該橋有外觀病害及主跨下撓狀況，結合承載能力檢算結果初步判斷該橋現狀難以滿足原設計荷載等級，如按照原設計荷載等級設計荷載試驗，對原橋結構可能造成不可逆的損傷。為了得出該橋實際限載等級且保證試驗過程及結構安全，需對該橋荷載試驗進行優化設計。荷載試驗計算采用有限元程序Midas/Civil2020進行計算，全橋共離散為58個單元，59個節點。計算模型如圖3所示。

圖3 計算模型

2.1 確定驗證荷載等級

該橋原設計荷載等級為公路-I級，將公路-I級荷載作為該橋荷載試驗極限驗證荷載，并控制加載效率盡量接近規范要求下限值0.95。同時結合該橋現狀及承載能力檢算結果，確定公路-II級荷載作為橋梁實際通行的目標驗證荷載，活載作用下主梁彎矩包絡圖見圖4。

圖4 活載作用下主梁彎矩包絡圖（單位：kN·m）

2.2 荷載試驗計算

以中跨正彎矩為主要分析對象，分別以極限驗證荷載及目標驗證荷載進行設計荷載效應值計算。同時對兩種工況加載荷載及位置進行確定，詳見表1。

表1 加載控制值及試驗效率表

2.3 荷載試驗分級加載設計

在該橋荷載試驗過程中，首先須驗證該橋是否滿足目標驗證荷載承載能力要求，之后繼續加載以確定是否滿足極限驗證荷載的要求。首先對工況一達到設計荷載效應的5輛車分四級加載，見圖5，在每級加載時對中跨跨中位移及應力進行實時測試。

圖5 工況一分級加載示意圖

在工況二試驗完成且橋梁承載能力滿足目標驗證荷載的等級要求時，在工況一基礎之上進行工況二的加載。由于工況二比工況一只多用了1輛加載車輛，設計加載車輛在墩頂逐步加載至跨中的方式進行分級加載，如圖6。

圖6 工況二分加載示意圖

2.4 荷載試驗分級加載控制

以位移為主要控制參數，對每級加載進行理論計算，得出理論計算位移值，見表2。

表2 加載理論位移表（單位：mm）

在加載過程中，首先對比分析工況一校驗系數是否超限，如滿足規范要求則進行工況二加載，逐級進行對比，如在某一級加載中校驗系數超限則停止加載。

3 荷載試驗結果分析

在實際荷載試驗中測試結果及控制值對比見表3及圖7～圖8，在工況一分級加載下，實測值均較理論計算值小，校驗系數小于1.0；但在工況二2級加載實測值接近理論計算值，在3級加載時實測值大于理論計算值，校驗系數已經大于1.0，停止試驗。

表3 實測值與理論計算對比（單位：mm）

圖7 工況一實測值與理論值對比

圖8 工況二實測值與理論值對比

根據2個工況荷載試驗實測結果，該橋承載能力能滿足公路-II級荷載等級的要求，但不滿足原設計荷載等級（公路-I）的要求。

4 結論

通過對本橋的靜載試驗以及相應的理論計算分析，根據國家的有關規范和設計要求，該橋受力總體上已達到設計和施工的預期目的，能夠滿足設計荷載承載要求。