基于荷載試驗的連續肋板橋承載能力評定分析

摘要 隨著國民經濟快速增長，城市之間的運輸交流不斷增多，然而橋梁作為交通網絡主要組成部分，其質量關系到整條交通線路運營的效率，同時也關系到出行的大眾財產安全和生命安全。為了確保橋梁正常運營，必須定期或不定期對其承載能力及安全問題進行荷載試驗，及時了解橋梁結構實際情況，保證橋梁的安全和耐久性。文章以某立交橋為例，通過荷載試驗技術的應用對該類橋進行檢測評定分析研究，及時了解該類橋的承載能力，并通過對試驗結果分析，更好地掌握該類橋的運營現狀，為后期的加固提供技術支撐，供類似工程參考。

關鍵詞 荷載試驗;承載能力評定;橫向分布系數

中圖分類號 U446 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）06-0169-03

引言

隨著城市化進程不斷推進，交通量也隨之增加，車輛的載重能力也越來越大，同時橋梁各類配套設施由于長期運營及自然環境影響出現了侵蝕，對橋梁荷載能力帶來較為不利的影響，極大地影響了正常運輸與人們出行。因此，須對橋梁結構進行荷載試驗工作，保證其良好的使用性能[1]。

1 橋梁概況

某肋板式橋梁位于?？谑校ǔ捎?994年，橋梁全長103.4 m，跨徑組合為（12.22+4×17+12.22）m的連續板梁。該橋橋面雙向通行，上部結構為整體結構，未分幅，橋面布置為：（0.5+11.0+1.0+11.0+0.5）m，雙向六車道。上部結構采用（12.22+4×17+12.22）m的連續梁肋板結構，主梁高60 cm，共設置11個混凝土肋，肋寬100 cm，在全部墩臺頂處設置橫梁，在17 m跨主梁跨中設置橫梁。全橋結構共設置一聯，僅在主梁與橋臺間設置伸縮裝置。施工采用支架現澆鋼筋混凝土。下部結構中，0#、6#孔采用U型臺結構，橋墩均采用多柱墩;0#臺、1#墩、2#墩采用鉆孔灌注樁基礎，其他墩臺采用明挖擴大基礎。

2 荷載試驗設計

該橋經過外觀檢測得知，全橋橋面鋪裝缺損較為嚴重，鋪裝普遍磨損嚴重、粗集料外露，同時存在多處橫向、縱橋向或網狀開裂，部分區域大面積坑槽;搭板處路面存在跳車現象，臺后路面多處橫向開裂。此外，該橋橋臺伸縮縫錨固混凝土破損嚴重。其中6個支座存在開裂現象，多個支座發現砂石填埋。下部結構整體狀況良好，0#臺臺帽存在1條豎向裂縫，縫寬0.18 mm，縫深2.3 cm，為表面裂縫，個別構件局部破損。基于檢測結果的現狀條件下進行橋梁承載能力評估，并根據承載能力評估結果進行荷載試驗驗證[2]。

2.1 測試截面及測點布置

2.1.1 模型計算

采用橋梁結構計算分析專用程序Midas/Civil對主橋上部結構建立結構離散模型，為考慮該橋的橫向效應，將主梁采用梁格法進行離散，共劃分了759個節點，1 418個單元的計算幾何模型。

活載作用下的彎矩包絡圖見圖1所示，撓度圖見圖2所示。

2.1.2 測試截面與測點布置

根據肋板梁的受力特點，選取如圖3所示的L/2截面（1-1、3-3、6-6）及L/4截面（2-2、5-5）作為應變及撓度的主要測試截面，選擇墩頂附近截面（4-4）作為應變的主要測試截面。

2.2 試驗荷載及加載試驗效率

根據《城市橋梁檢測與評定技術規范》（CJJ/T 233—2015）的建議，靜力試驗荷載的效率宜為1.05≥η ≥ 0.95[3]。

靜力荷載試驗效率：

式中：Sstat——在靜力試驗的實際工況荷載作用下，控制截面的最大內力或變位計算值;

Sk——控制荷載作用下，控制截面的最大內力或變位計算值;

μ——設計沖擊系數;

ηs——靜力試驗荷載效率。

該橋設計荷載為汽車-超20級，掛車120，荷載試驗中采用等效荷載進行加載，試驗中加載車輛選用同一型載重汽車，總重350 kN（前軸重70 kN，中后軸重140 kN，前中軸距350 cm，中后軸距135 cm）。

3 荷載試驗結果分析

3.1 撓度及應變實測數據分析

（1）通過荷載工況作用下對截面實測撓度與理論值的比較可以得知，某肋板式橋梁各測試控制截面在試驗荷載作用下撓度、應變實測值均小于理論計算值，校驗系數小于1.0，表明上部結構剛度、強度滿足設計荷載要求。

（2）某肋板式橋梁各測試控制截面在試驗荷載作用下相對殘余撓度小于20%（最大14.10%），說明橋梁基本處于彈性工作狀態，具有良好的彈性恢復能力。

3.2 橫向分布性能分析

在荷載作用下對應截面的實測橫向分布系數與理論值的比較見圖4和圖5。結果表明：實測橫向分布系數與理論值在總體分布上存在一定區別，實測情況的總體分布更為均衡。其中，橫向4#～8#梁的實測值大于理論值，而邊梁實測值小于理論值，兩者的最大值基本一致。

3.3 脈動試驗

該橋動力計算分析采用大型通用有限元程序Midas/Civil 2015，建立有限元模型圖。

通過對該橋進行豎向脈動試驗，采集了橋梁實測自振頻率與振型[4]。豎向脈動試驗結果與理論計算值比較情況見表1，以及進行實測振型和理論振型比對，經分析試驗數據可知：實測自振頻率fmi與理論計算頻率fdi比值均大于1.1，評定標度為1，說明橋梁的整體剛度滿足要求。

4 結論

（1）靜載試驗中各主要控制截面應變及撓度實測值均小于理論值，校驗系數均小于1，表明主梁結構強度及剛度滿足設計荷載要求。

（2）靜載試驗中各控制測點的相對殘余撓度及應變均小于20%，表明橋梁結構在試驗荷載作用下基本處于彈性工作狀態。

（3）實測橫向分布系數與理論值在總體分布上存在一定區別，實測情況的總體分布更為均衡。其中，橫向4#～8#梁的實測值大于理論值，而邊梁實測值小于理論值，兩者的最大值基本一致?？傮w而言，該橋實際橫向分布能力優于理論模型。

（4）脈動試驗結果表明實測豎向自振頻率值大于計算值，可認為橋梁整體剛度大于理論剛度。

參考文獻

[1]唐國文.荷載試驗在公路橋梁檢測中的應用效果評價[J].設備管理與維修， 2019（21）：153-154.

[2]李存. 公路橋梁設計荷載及其組合研究[J]. 百科論壇電子雜志， 2020（15）：1576.

[3]城市橋梁檢測與評定技術規范：CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中國建筑工業出版社， 2015.

[4]宋十妹. 論荷載試驗在高速公路橋梁檢測中的應用[J]. 建材發展導向（上）， 2018（10）：108-109.

收稿日期：2022-01-14

作者簡介：劉修治（1987—），男，本科，工程師，從事橋梁與隧道工程及管養。