基于静载试验的板桥检测及性能分析

王兆斌，王 洋

（1.山西省孝义市公路管理段，山西 孝义 032300；2.河北工业大学 土木工程学院，天津 300401）

桥梁在自然环境的侵蚀和荷载作用下，其结构出现了一定的损伤，导致承载能力降低，影响了正常的交通，制约了社会的发展[1]。对现有服役桥梁结构进行承载能力检测，可以掌握实际运营性能状况[2]。桥梁静力荷载试验是判别桥梁承载能力的有效手段，试验基于桥梁历史资料和使用状况，通过现场试验采集数据，进行科学的计算分析，能够准确把握桥梁现实结构状况和承载能力[3-7]。以山西省某八跨简支预应力空心板梁桥为工程背景，通过静力荷载的试验方法，进行桥的整体受力性能评定，对提高桥梁的安全性具有重要的意义。

1 工程概况

该桥建于1995年4月，桥梁全长143m，上部结构为八跨简支预应力空心板，横向分布13块板，每跨桥长16m。桥面宽度：净15m（行车道）+2×0.5m（护栏），全宽16m。下部结构为桩柱式桥墩，基础桥台为重力式桥台。设计荷载：公路—Ⅰ级。为了判定该桥整体性能是否满足使用要求，对该桥进行了静力荷载试验。该桥结构简图见图1。

2 静载试验

2.1 静载试验设计

根据常规检查结果及桥梁施工图，结合左幅为重载交通，选择左幅第三跨作为试验桥跨进行静力荷载试验。试验的内容为在试验荷载作用下跨中截面最大正弯矩和挠度。试验加载按公路Ⅰ级汽车荷载进行，利用Midas Civi车道面加载功能计算车道面荷载作用下的最不利内力效应，然后根据弯矩等效原则确定试验荷载为350KN加载车辆（前轴70KN，后双轴均为140KN），如图2所示。

2.2 静载试验效率的确定

静力荷载试验效率是某一控制断面在试验荷载作用下的计算效应与该截面对应的设计控制效应的比值。静力试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构的承载能力，静力试验荷载效率宜介于0.95～1.05之间。静载试验效率ηq的计算公式为：

式中，SS——加载控制截面内力的最大计算效应值

S'——设计荷载产生的同一加载控制截面内力的最不利效应计算值

μ——冲击系数值

在设计荷载作用下，计算出试验控制截面的最不利设计弯矩，并计算出在该试验荷载作用下，控制截面产生的试验弯矩，则试验荷载效率如表1所示。

表1 控制截面静力试验弯矩荷载效率表

2.3 加载工况

加载车辆数及加载位置，根据设计标准活载产生的最不利效应值按等效原则换算可得。

（1）主梁跨中正弯矩控制截面加载工况：检测边主梁B边截面和B中截面承受最大正弯矩，考虑1#梁和2#梁控制弯矩和横向分布系数几乎相同，故一次加载可得到两个截面的数据。最大试验荷载工况布置如图3所示。

（2）桥跨的跨中最大弯矩控制B截面偏心加载工况。为了检测截面承受最不利偏心荷载时结构的空间受力性能，采用如图4所示加载布置。

2.4 挠度试验

结合简支梁桥的特点，在试验跨中和支点处共布置了九处挠度测点。测量时采用电阻式位移进行测试，如图5所示。

2.5 应变试验

由于梁桥为预应力空心板简支结构，在试验跨中（B截面）共布置应变测点八处。应变测点布置如图6。图中字母为控制截面编码，数字为应变测点号。

3 试验数据分析

3.1 截面挠度分析

（1）挠度测试校验系数分析

最大级试验荷载作用下中载工况和偏载工况下跨中截面各梁挠度校验系数如表2所示，其实测挠度值与理论计算值曲线见图7。

由图7可见，在最大级试验荷载作用下，跨中截面中载工况挠度校验系数3号梁二分之一截面最大达0.571；偏载工况挠度校验系数3号梁二分之一截面最大达0.585，其它测点挠度校验系数均介于0.209～0.585之间，满足规范[8]中校验系数应不大于1的要求，且实测弹性挠度与理论计算挠度曲线一致，实测最大挠度小于理论计算挠度，表明桥梁结构刚度较好。

（2）相对残余挠度变形分析

相对残余挠度变形是测点实测残余挠度变形与实测总挠度的比值。最大级试验荷载作用下主要测点相对残余挠度曲线如图8所示。

表2 挠度校验系数计算结果

由图8可见，实测卸载下，跨中截面中载工况相对残余挠度变形2号梁二分之一截面最大达4.78%；偏载工况下相对残余挠度变形2号梁二分之一截面最大达6.04%。其他挠度测点相对残余挠度值均不大于20%，根据要求，表明结构处于弹性工作状态。

3.2 应变结果分析

（1）应变校验系数分析

在最大级试验荷载作用下，中载工况和偏载工况梁跨中截面应变测点应变校验系数计算值如表3所示。其各测点应变实测值与理论计算值对比如图9所示。

由图9可见，在最大级试验荷载作用下，B3、B4、B5应变测点应变校验系数在两个工况下均介于0.407～0.910之间，均小于1，说明B3、B4、B5测点结构强度较好；B1点应变校验系数在工况一下达到1.091，B6点应变校验系数在工况二下达到1.196，B1、B6测点的应变校验系数在工况一、二情况下均大于1，超出了规范值，B1、B6测点强度已无法保证。

表3 应变校验系数计算结果

（2）测点相对残余应变结果分析

相对残余应变等于测点实测残余应变与实测总应变的比值。在最大级试验荷载作用下测点相对残余应变见图10所示。

由图10可见，B1点的相对残余应变最大，在工况一时达34.9%，工况二时达到66.88%，超出规范要求的20%上限，表明结构的受压区处于塑性工作状态；B3～B6测点相对残余应变均介于1.46%～6.36%之间，符合规范要求，表明结构的受拉区处于弹性工作状态。从梁的整体工作状态看，梁的受压区混凝土的承载能力已经受到影响，从安全的角度建议重建主梁。

4 结 论

通过采用荷载试验法对山西省某预应力空心板简支梁大桥进行了实地静力荷载检测试验。在分析跨中最大弯矩，偏载工况下检测截面的挠度值、应变值等参数，得到截面承受最大正弯矩，截面承受最不利偏心荷载时结构的空间受力性能。通过分析计算测点挠度、应变相对残余变形校验系数，最终得到该桥整体刚度，控制截面强度性能，并提出了桥梁处置建议，为提高桥梁安全性提供了一种新的研究思路。

[1]王娟.长春富锋桥加固后荷载试验与承载能力评定[D].沈阳：沈阳建筑大学（硕士学位论文），2011.

[2]肖伟，张玉伟.某曲线连续桥梁的静力荷载试验分析[J].交通科技与经济，2013,15(1):80-82.

[3]徐仲民.公路桥梁静力荷载试验技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2010,64(4):151-153.

[4]姜震，朱宜琛，吴永胜.整体式板桥静力荷载试验及计算方法研究[J].森林工程，2012,28(4):47-50.

[5]交通部基本建设质量监督总站.桥涵工程试验检测技术[M].北京：人民交通出版社，2004.

[6]Kahleel,Mohammad A.and Itani,Rafik Y.Live-load moments for con-tenuous skew bridge[J].Struct Eng,1990,116(9):2361.

[7]Yam L H,Li Y Y,Wong W O.Sensitiity studies of parameters for damage detection of plate-like structures using static and dynamic approaches[J].Engineering Structures,2002,24(11):1465-1475.

[8]国家交通运输部.JTG/T J21—2011公路桥梁承载能力检测评定规程[Z].2011.