淺談運用軟件分析橋梁荷載試驗應用分析

王超

安徽省建設工程測試研究院有限責任公司 安徽 合肥 230051

引言

現如今是城市飛速發展的時代，城市高架的建設與發展顯得尤為重要，城市高架的建設使地區與地區之間的經濟交流關系更加密切，而且還影響居民的出行體驗，使居民出行更加便利快捷。然而隨著大量城市高架的建成以及舊高架的養護改建，且近些年全國各地區出現的城市高架倒塌事件，讓如何保證城市高架建設穩定性和安全性，成為建設方以及各參建方密切關注的問題。而荷載試驗檢測作為一種重要的道路橋梁檢測方式，對于其運營承載力的判斷是非常精確的[1]。

1 橋梁荷載試驗任務

1.1 檢驗橋梁設計與施工質量

現新建和改擴建高架或者有特殊設計的橋梁，在交竣工驗收時一般都會要求進行橋梁荷載試驗，并且把試驗結果作為評定橋梁優劣的主要材料和依據，另一方面，橋梁工程師通過橋梁荷載試驗了解橋梁在活荷載作用下荷載的極限狀態行為，且可以分析驗證有關應力水平、荷載分布的假設。

1.2 評定橋梁結構的實際承載內力

目前，全國有很多以前建設的設計荷載偏低的橋梁，已經無法適應目前的交通發展的需要了，對于此類橋梁在改建和擴建后的質量，還是很有必要通過荷載試驗驗證其荷載能力的。

1.3 驗證橋梁結構設計方法及設計理論

隨著橋梁施工技術的發展，在橋梁工程施工中會不斷地出現新工藝，新材料，新結構，對于這些新方法，新材料的引用實踐，橋梁荷載試驗數據同時也可以提供有力的參考價值。

1.4 橋梁結構動態反應及動力特性的測試研究

橋梁在服役期間必然會遇到動力荷載作用下產生的震動和動態增量以及沖擊系數，橋梁結構抗震性能和輕柔結構抗風穩定等，所以更應該對橋梁動態反應和動力特性進行檢驗檢測和研究[2]。

2 橋梁荷載試驗中關于結構分析的必要性

在現行的設計規范《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規范》（JTG3362-2018）和檢測規范《公路水運工程試驗檢測機構等級標準》對于有限元模型計算和橋梁計算分析軟件要求越來越明確，所以不光從設計角度還是檢測角度來講，有限元分析都是強有力輔助手段。

現在的橋梁結構形式越來越復雜，空間效應越來越明顯，二維平面計算已經滿足不了計算精度要求，同時也滿足不了計算周期的要求。

3 等效靜載布置的流程

3.1 建立結構靜力分析模型

對結構的邊界條件、荷載、作用和剛度分布進行了充分的模擬，可以更好地提取理論結果。其實單從檢測角度建立靜模型并不需要和設計時建立模型一樣復雜，不需要輸入預應力鋼束及普通鋼筋；不需要定義自重鋪裝和恒載；不需要定義支座沉降與溫度作用[3]。

3.2 計算設計荷載的結構響應

應提取控制段的內部結構荷載力，作為滿足試驗規范中試驗段要求的等效靜荷載布置的目標。

3.3 確定等效靜載加載位置

根據影響線和最不利布置原則，計算加載車輛數量并監控具體加載位置，使加載截面達到相同或等效的內力響應水平。

3.4 判斷加載效率

根據《公路橋梁荷載規程》計算等效靜載的加載效率，作為判斷出具的靜載試驗方案是否合理的主要依據。

4 橋梁靜載試驗計算

4.1 計算模型的建立

梁橋的工作狀態是在分級靜載試驗后確定的，其內力的最不利位置是根據內力包絡圖和常規結構試驗的結果確定的。

4.1.1 由橋梁結構分析軟件Midas/Civil2016計算得出的彎矩包絡圖見圖1所示。經過結構分析精確的計算確定該聯的內力控制斷面。

經過分析，確定的3個主要內力控制斷面分別為：

4.1.1.1 邊跨最大正彎矩斷面；

4.1.1.2 支點負彎矩斷面；

4.1.1.3 中跨跨中最大正彎矩斷面[4]；

圖1 主橋右幅（97.687+153+97.506）m標準活載作用下全橋彎矩My包絡圖

根據包絡圖，經分析確定3個主要內力控制斷面見圖2：

圖2 主橋右幅（97.687+153+97.506）m各測試控制斷面布置圖 （單位：cm）

由各控制斷面確定的荷載試驗工況： A截面處箱梁最大內力及撓度的對稱加載試驗；該控制斷面處的彎矩影響線見圖3。

圖3 A斷面處彎矩影響線圖

4.2 靜載測點布置

在橋梁的每個正彎矩和負彎矩控制斷面布置不少于7個應力（應變）測點，主要是為了測試橋梁主要構件的每個控制斷面在最大彎矩的作用下的受力情況[5]。靜載測點布置見圖4所示：

圖4 截面靜載測點布置圖

4.3 結構剪應變（剪應力）測點布置

采用直角型應變花，1組直角型應變花由3支呈45°間隔分布的傳感器組成。在支點截面附近處腹板表面布置1組應變花，主要測量支點附近結構在中性軸附近的剪應力和主拉應力[6]。3支傳感器編號分別為E0、E45、E90。腹板表面應變花測點的具體構造見圖5。

圖5 應變花具體構造圖 （單位：cm）

4.4 靜載試驗荷載效率系數按下式計算。

式中：Sstat：靜載試驗荷載的作用下加載控制截面內力或位移的最大計算效應值；S：控制荷載產生的同一加載控制截面內力或位移的最不利效應計算值；μ：沖擊系數[7]。

5 數據處理及結果評定

橋梁荷載試驗和橋梁完工狀態下單梁荷載試驗的數據處理基本相同，計算出結構的總位移值（或總應力）、結構的彈性位移（或應力）值、結構的殘余位移（或應力）值，相對殘余位移（或電壓）和校準系數值。此外，當有支點發生沉降時時，必須校正沉降點。

6 結束語

本文對試驗內容、實驗目的、試驗條件、荷載施加、計算模型建立、計算跨徑的選擇、測點布置及加載方式做了基本闡述，在試驗過程中需要對多個截面試驗工況進行分析，文中只針對個截面進行分析，希望對類似項目橋梁荷載試驗檢測工作具有參考意義。