桥梁静载试验测量技术及应用

桥梁静载试验测量技术及应用

陈加明

广州建粤路桥测技术有限公司

摘要：随着桥梁的使用年限的增加，病害等会影响桥梁的运营安全，因此对桥梁进行静载试验是必须要进行的工作。本文结合工程案例，对静载试验的工况等展开论述，希望为桥梁静载试验提供参考。

关键词：桥梁测试；静载试验；应用研究

对桥梁进行静载检测是必须要进行的环节，桥梁静载试验，以有限元软件为工具，确定了车辆加载位置，对各个截面的弯矩采用理论计算的方法以及现场实测数据得到应变、挠度等数值。

1、工程概况

麻涌大桥位于广州港集团新沙公路上，建成于1991年。全桥总长337.18m，其中主跨130.48m，广州侧引桥101.35m，新沙侧引桥101.35m，桥跨两侧桥台长5.2m。全桥跨度组成为：32.75+2×32.7+2×65.24+2×32.7+32.75m。

2、静载试验目的

本次静载试验，主要检查桥梁引桥、主桥上部结构在荷载作用下的受力及动力特性情况。具体测检测内容如下：

根据桥梁设计资料及现场外观及无损检查结果，编写静载试验方案；如没有设计资料的桥梁，应对桥梁结构进行现场实测，依据实测结构尺寸及现有规范进行静载试验方案的编写，方案应依据相关规范规定，并达到准确反映桥梁承载力现状要求。

3、静载试验检测应用

3.1引桥静载试验结果

静载试验主要对结构的刚度、强度、抗裂性、动力特性等进行测试，集中体现为挠度、

（1）挠度测试：选择跨中、L/4、3/4截面竖向变形大的断面进行测试，得到在荷载作用下的主梁变形；

（2）应变测试：测试在荷载作用下主梁的跨中受力截面的应变值；

（3）裂缝测试：测试在荷载作用下已有裂缝扩展变化情况及是否出现新的裂缝；

（4）桥梁结构动力反应的试验测定，主要是测定结构在动力荷载作用下的反应，即结构在动荷载作用下强迫振动的特性，包括动位移、动应力（变）、动力系数等。试验时，一般利用汽车以不同的速度通过桥跨而引起的振动来测定上述各种数据；

3.2测试工况及加载布置

（1）工况1-A截面偏载布置

3.3桥静载试验结果

静载试验主要对结构的刚度、强度、抗裂性等进行测试，集中体现为挠度、应变等。

（1）挠度测试：选择挂梁跨中、悬臂端部截面竖向变形大的断面进行测试，得到在荷载作用下的主梁变形；

（2）应变测试：测试在荷载作用下的跨中、T构支点、墩柱柱身典型受力截面的应变值；

根据《评定规程》要求对试验联实施验收荷载试验（基本荷载试验）：最大试验荷载为设计标准确定的荷载（包括设计标准规定的动力系数及荷载增大系数等因素）。静载试验对各测试截面，遵照内力等效的原则，按影响线布置试验荷载。

3.4测试工况及加载布置

（1）工况1-A截面偏载布置工况1测试内容为挂梁跨中A截面最大正弯矩，试验采用4辆载重汽车加载分四级加载，满载后持荷至变形稳定，一级卸载，卸载后继续进行观测至结构稳定。

（2）计算模型按直线桥建模，采用空间杆系单元，根据《评定规程》要求对试验联实施验收荷载试验（基本荷载试验）：最大试验荷载为设计标准确定的荷载（包括设计标准规定的动力系数及荷载增大系数等因素）。静载试验对各测试截面，遵照内力等效的原则，按影响线布置试验荷载。

工况1满载时A截面主要挠度测点的挠度校验系数为0.49、0.52满足《评定规程》的要求：主要控制测点的挠度校验系数不大于1.00。工况1满载时，A截面主要挠度测点的相对残余挠度为1%、1%，满足《评定规程》的要求：主要控制测点的相对残余挠度不大于20%。

工况2测试内容为T构现浇悬臂支点B截面最大负弯矩，试验采用3辆载重汽车。

加载分三级加载，满载后持荷至变形稳定，一级卸载，卸载后继续进行观测至结构稳定。

（2）实测挠度与理论挠度对比

A截面主要挠度测点的实测挠度曲线、理论挠度曲线与加载级数之间均呈线性关系，说明A截面整体呈弹性工作状态。主梁各测点的实测挠度曲线与理论挠度曲线规律基本趋于一致，实测挠度值较理论计算值小，说明试验跨结构整体刚度较理论计算刚度大。

工况1满载时A截面的主要应变测点应变校验系数为0.57、0.55，均满足《评定规程》的要求：主要控制测点的应变校验系数不大于1.00。工况1满载时，A截面主要应变测点的相对残余应变为8%、-17%之间，均满足《评定规程》的要求：主要控制测点的相对残余应变不大于20%。

4、主桥验算结果

麻涌大桥跨径组合为（32.75+2×32.7+2×65.24+2×32.7+32.75）m，引桥跨均为简支梁，上部结构为32m预应力混凝土T梁，T形刚构伸臂部分为变高度单箱双室预应力混凝土箱梁，根据该桥梁自身属于静定结构的构造特征特点，对桥梁进行结构离散，全桥共分32m简支梁，T形刚构伸臂单箱双室预应力混凝土箱梁两部分进行建模分析。

承载能力评定计算方法

承载能力极限状态桥梁承载能力极限状态的承载能力计算方程式如下：

评定参数确定

恶化系数ξe

根据对桥跨材质状况检测的检测结果，结合桥梁结构的病害状况，得出构件恶化状况评定值E，综合该桥的环境特征“干湿交替、不冻、无侵蚀性介质”，通过线性插值计算确定构件承载能力恶化系数ξe，截面折减系数ξc、ξs

截面折减系数主要是考虑钢筋混凝土构件由于材料风化、碳化、物理化学损伤以及钢筋锈蚀造成的钢筋有效面积损失对结构构件截面抗力效应的影响承载能力检算系数

承载能力检算系数Z1

根据对桥梁结构或构件表观缺损状况、材质强度、桥梁结构固有模态的检测结果，得出构件技术状况评定值D，通过线性插值计算确定构件结构承载能力检算系数Z1。

承载力检算系数Z2

根据静载试验所测得的主要测点校验系数，确定桥梁结构承载能力检算系数Z2：预制T梁为1.13，T构箱梁为1.07。

承载能力检算系数确定

根据最不利取值原则，确定本桥承载能力检算系数为Z2即1.07。

5、检验结论

本次对东莞市新沙疏港公路麻涌大桥外观检测、结构无损检测，水下探摸，静、动载载试验和结构承载力理论分析，可得到如下主要结论：

静载：本次静载试验各工况的静力试验荷载效率均满足《评定规程》规定的0.95≤ηq≤1.05的要求，说明本次静载试验能够反映桥跨结构现有的技术状态。

在试验荷载作用下，各试验桥跨处于弹性工作状态。各试验桥跨的控制截面强度、控制截面刚度均满足设计要求。在试验过程中及结束后，各试验桥跨的控制截面及附近均未发现有新裂缝产生，试验桥跨抗裂性能满足设计要求。

结语：

为保证结构物的安全运营，提出如下建议：桥梁，采用试验的方法来确定其承载能力和使用性能，并由此确定限载方案或加固改造方案，特别是对于那些原始设计施工资料不全的既有桥梁，通过静载试验确定其承载能力与使用条件就显得势在必行。

由于桥梁使用年限较长、车流量大、通行车辆以重型车辆为主，建议及时布设永久监测点，定期对桥梁进行检测，保证桥梁结构安全；

参考文献

[1]王凌波，蒋培文，马印平等.桥梁静载试验校验系数及优化评定方法研究[J].公路交通科技，2015，32（6）：62-68.

[2]彭俊杰，张慧，李修君等.桥梁静载试验加载方案研究[J].中外公路，2014，34（6）：188-190

[3]郑建交.桥梁静载试验中理论计算的若干问题探讨[J].公路与汽运，2012，（6）：161-163

[4]杨美云.桥梁静载试验加载方案研究综述[J].科技创新与应用，2013，（23）：208.