高速公路特大桥静力荷载试验研究

毛 亮

(河北省迁安市交通运输局)

公路桥梁的静力荷载试验是将静止荷载作用到桥梁上指定位置上，目的是测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等，从而能够推断出桥梁结构在荷载作用下的工作状态以及使用能力。通常情况下是以缓速行驶到桥上的特定载重级别的车辆荷载作为静载，以达到试验目的。以高速公路特大桥例为对重静力荷载试验进行详细的阐述。

1 桥梁概况

某特大桥位于冀鲁界段高速公路，与河流交角70°，桥梁全长1 057 m。其上部结构为30～35 m预应力混凝土先简支后连续小箱梁，下部桥台采用肋板式桥台。桥梁设计荷载为公路I级，设计车速120 km/h。

2 静力荷载试验概况

荷载试验时全桥已全部建成具备了通车条件，试验前根据全桥质量状况并结合现场情况，选取上行方向为荷载试验桥孔。试验工作主要包含前期准备及现场实施两部分，前期准备包括结构计算、测试截面及加载方式的确定等，现场实施内容为静载试验。

3 静载试验

3.1 静载试验概况

(1)静载试验内容

该特大桥全桥共30跨，根据现场条件及结构的受力特点，选取上行方向为试验孔，主要测试截面及内容如下。

第8孔跨中截面(A截面)测试箱梁侧面应变沿截面高度的变化及箱梁底挠度，上行方向JS8桥墩附近截面(B截面)的加载沉降，JS7墩顶截面(C截面)，测试应变沿梁高范围内的应变变化情况及墩处的加载沉降，第7跨(JS6-JS7)L/2截面(D截面)的挠度变化。

(2)测试截面

测试截面如图1所示。

(3)加载车概况

本次静载试验采用8辆约35 t重车进行加载。

图1 连续箱梁测试截面布置示意图

3.2 静载试验结果

(1)预应力混凝土连续梁A截面承载能力测试

对预应力混凝土连续梁(JS7—JS8)上行第8跨A截面(L/2)进行偏心加载，测试A截面的应变、B、C(支点)截面沉降、D截面挠度等。

用6辆加载车对A截面进行偏心加载，分级荷载试验。

(2)A截面测试结果及数据分析

实测A截面各测点实测应变值可知截面各测点实测应变残余均较小，说明测试截面变形处于弹性工作状态。根据A截面各测点实测应变值绘制1#梁外侧实测应变沿截面高度变化图2，给出了最大级加载工况下1#梁外侧实测应变沿截面高度的变化情况。

图2 1#梁外侧实测应变沿截面高度变化图

从图2可以看出，1#梁外侧实测应变沿截面高度基本呈线性变化，满足平截面假定，从图3中可以查出实测中性轴高度为1.22m，比理论值1.17m略大，说明桥面铺装和防撞护栏等参与了结构受力。

经现场观测，在各级偏心试验荷载加载过程中，试验孔A截面小箱梁下缘未产生裂缝。

通过分析A截面各测点实测应变值及图2中数据可知，在各级偏心荷载作用下，A截面梁侧及梁底各应变测点实测应变不大、分布及变化较均匀，无畸变及退化现象，桥梁结构处于正常工作状态。

根据A截面挠度测点在各级偏心荷载下的实测挠度值可知，实测挠度残余较小，相对残余均＜10%，满足试验规范的要求，说明结构整体处于弹性工作状态。图3为在A截面偏心加载工况下A截面各测点的挠度实测值与理论值的比较图。

图3 A截面偏心加载各梁实测挠度与理论值对比图

从图3中可以看出，A截面梁底测点在各级加载下各数值连线曲线光滑，规律性强，且各级荷载的挠度曲线均远小于理论计算值。故可推断试验孔梁体刚度良好，并存在较大的安全储备，各片箱梁间连接性能良好。

在实测最大级偏心试验荷载作用下，该桥1#～5#箱梁计算挠度值依次为17.60 mm，16.64 mm，12.97 mm，7.62 mm，4.88 mm，与实测值作比可以求出以上5片箱梁挠度校验系数分别为 0.5，0.48，0.49，0.66，0.81。以上校验系数除4#、5#梁外均比《评定规程》中规定的预应力混凝土桥结构挠度校验系数范围(0.60～1.00)略低，说明该桥试验孔梁体刚度较大，并存在一定的安全储备。

截面实测最大挠度为 9.02 mm，远小于 L/600=35 000 mm/600=58.3 mm，结构刚度满足要求。

3.3 小结

从图2中可看出，在最大级偏心作用下A截面边梁侧面实测中性轴高度分别为1.22 m和1.21 m，略高于理论计算值1.17 m。箱梁侧面实测应变值沿截面高度基本呈线性变化，满足平截面假定，说明小箱梁结构处于弹性工作状态。通过试验加载过程中对A截面小箱梁下缘的观察，无任何裂缝出现，可知上部结构小箱梁抗裂性满足要求。

挠度校验系数偏低的原因分析起来主要为，(1)小箱梁结构自身的刚度较大。(2)本桥施工质量较好，桥梁的横向联结与整体性良好。(3)桥面铺装与防撞护栏在成桥阶段与箱梁一起参与了结构受力。同时，结合以往类似工程检测经验，可知出现挠度校验系数偏低的情况是符合桥梁实际刚度情况的，也说明桥梁刚度较好。

图3中挠度数据可以看出，在偏心及对称荷载的作用下，跨中截面(A测试断面)梁底挠度测点实测数值连线光滑而有规律，与理论计算值总体趋势一致且均小于理论值。

通过以上对挠度和应变数据分析可知，桥面铺装与防撞护栏参与了上部结构受力，小箱梁结构的强度、刚度及抗裂性均满足设计要求，且存在一定安全储备，试验孔加载时上部结构及现浇缝处于正常工作状态。

4 检测结论及建议

4.1 结论

通过对高速公路某特大桥荷载试验的实测数据与理论计算对比、分析可以得出以下结论。

(1)该桥的箱梁强度测试结果满足设计要求，结构的强度较高，且具有一定的安全储备。(2)该桥的挠度测试结果满足设计要求，结构刚度较大，横向连接及整体性良好。(3)该桥的动载测试结果满足设计要求，具备安全舒适行车的条件。

综上所述，该桥的承载能力满足设计要求，具备设计荷载作用下的通行能力。

4.2 建议

为了提高该桥结构的使用耐久性，应加强桥梁的后期养护与管理，保证本桥的长期安全、正常运营。

总之荷载试验是检验桥梁工程设计、施工质量和结构受力性能的重要手段，其结果是工程交竣工验收的主要依据之一，对桥梁营运养护与长期监测工作也有着十分重要的指导意义。

［1］ 潘美萍.广西某大型斜拉桥静载试验监测与分析［J］.地矿测绘，2010，(3).

［2］ 黄华通.武汉某桥桥梁荷载试验分析［J］.山西建筑，2007，(27).

［3］ 郑伟.关于公路桥梁荷载试验相关问题的讨论［J］.山西建筑，2009，(28).