桥梁荷载试验方案及承载能力评估

丁邦平

（安徽省安庆市公路管理局 直属分局，安徽 安庆 246002）

0 引言

1 荷载试验的目的和试验方法

1.1 试验的目的

桥梁荷载试验主要包括静载试验和动载试验，静载试验是量测桥梁结构在静力荷载作用下的变形和内力，将特定的荷载放置在桥梁的计算受力最不利、施工质量比较差或结构病害比较严重等特定断面位置，测试桥梁的静力位移、静力应变和裂缝等参数，确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。动载试验是利用某种激振方法激起桥梁的振动，测定桥梁的固有频率、振型、动力冲击系数等，从而判断桥梁的动力性能、整体刚度和行车性能等是否满足规范要求，进一步对桥梁的综合质量进行评价。通过荷载试验，计算和分析研究，对桥梁的安全状态和施工质量进行一次检验，确定桥梁的最终状态，是对桥梁施工过程的一次全面有效地评价，为桥梁后期的养护以及长期监测等积累资料。

1.2 试验的方法

1.2.1 应变测试方法

应变测试采用振旋应变计，在桥梁的施工过程中，在左右幅的跨中、V腿根部等关键截面均埋设了振旋应变计；在施工过程中振旋应变仪破坏比较多的箱式关键部位，采用电阻式应变片和DH3815N静态数据采集仪。

为了提高测量的准确性，在左右幅的墩台及跨中桥面布置1米长的标准金属杆加千分表，测量静载试验中的桥面应变，与振旋、电阻应变结果比较。

1.2.2 挠度测量方法

竖向位移测量采用精密水准仪按二等工程水准测量要求进行观测。

本研究对患者靶区分别设计IMRT固定6野计划、IMRT固定7野计划和VMAT旋转双弧计划的三种调强照射方式，通过DVH剂量体积直方图从靶区剂量分布、剂量分布适形度和均匀性及心脏、肺及对侧乳腺等危及器官受量方面与对三者进行剂量学比较。研究发现尽管三种治疗方式之间的靶区HI没有差别，但是VMAT计划方式的PTV靶区覆盖适形度最高，且平均剂量明显较6F、7F方式小。

1.2.3 动态数据测量方法

AZ－Cras动态测试系统，主要为桥梁的振动、应变、冲击等信号采集，冲击系数分析，环境激励的模态试验，以及可以选择的应变模态试验和桥梁挠度实时测量等。

静载试验和动载试验虽然在试验目的和使用内容等方面不同，是两种不同性质的试验，但是对于全面掌握桥梁结构的质量，进一步对桥梁结构进行评价，具有同等重要性。

2 静载试验

2.1 加载位置的确定

利用桥梁空间线形与非线性分析程序 MIDAS／CIVIL2006有限元程序建立全桥模型，全桥共划分为390个单元，420个节点 ，根据理论计算模型及弯距包络图加载。将计算结果与荷载试验结果进行比较，以验证设计理论，施工质量，判断实桥承载力。

按照计算的桥梁活载作用下包络图制定加载方案，根据计算的桥梁弯矩包络图及实际加载车辆的结构，确定了在边跨跨中附近、主跨跨中附近对称加载和偏载共4个工况，根据静载试验荷载效应及主梁控制界面的设计弯矩值，在试验中模拟相应界面处设计荷载产生的内力效应较大值的布载方式进行加载，综合考虑试验的方便及车辆的来源，采用10辆400KN的车辆进行加载，加载车辆的技术标准见表1：

试验各工况下所需要的车辆数量，根据设计标准活载产生的工况下的最不利效应值按照荷载效应系数换算得到，试验前对每辆车进行配重，使加载车轴重量达到试验要求，且保证在试验过程中不会发生明显变化。

表1 加载车辆的技术标准

2.2 应力测点布置

全桥分别选择中跨跨中截面、边跨跨中、合拢段等截面，同时在墩台截面增加2个反弯点测试截面，在每个截面3个腹板位置各预埋3个振弦式传感器进行测量，对于部分传感被施工期间破坏的，在该界面箱室里面粘帖应变片；同时在桥面利用千分表进行测试，千分表布置在边跨跨中和中跨跨中位置，每截面在外侧腹板位置布置2个测点。

2.3 静载试验的评定及试验结果

2.3.1 静载试验的评定方法

（1）实测结构的效验系数ξ，是挠度或应力试验值与理论值之比值，反映了结构的施工工作状态。

实测结构的效验系数是一个重要的评定指标，判断桥梁承载能力状况，ξ!1时说明结构计算偏于安全，结构具有一定的安全储备，应力效验系数越小，说明结构的安全储备越高。

（2）横向偏载系数η，通过实测偏载作用下最大挠度或应力和平均挠度或应力的比值，反映了桥梁的抗扭能力。

n——下缘测点数

Smax——下缘测点对大挠度或应力

Si——下缘各测点挠度或应力值

偏载系数是衡量主梁抗扭能力的主要指标，偏载系数越小，说明主梁的抗扭能力越强，整体性能好，承受不利偏载作用的能力强。

2.3.2 静载试验结果

静载试验加载在严格按试验方案中拟定的加载程序分级加载。加载过程按车队列分级加载，横向先施加桥中心的车辆，后施加外侧的车辆。在某一工况完成加载和测试工作后，根据下一工况的加载情况，增加或减少车辆。

限于篇幅，静载试验的工况多，实测数据比较多，试验数据未一一列出，通过对各试验工况数据分析，边跨对称加载各截面的应力效验系数ξ为0.5～0.88，挠度效验系数η为0.57～0.8；中跨对称加载各截面的应力效验系数ξ为0.5～0.84，挠度效验系数η为0.51～0.78；中跨偏载加载各截面的应力效验系数ξ为0.5～0.82，挠度效验系数η为0.3～0.84；边跨偏载加载各截面的应力效验系数ξ为0.2～0.92，挠度效验系数η为0.37～0.94，各工况效验系数均小于1，桥梁外观结构检查无裂缝出现。说明桥梁在静载各工况均处于弹性工作范围内，具备设计的强度和刚度要求。

3 动载试验

动力荷载试验的目的在于研究大桥的整体结构的动力学特性，以判断桥梁的实际运营状况和桥梁的实际承载能力。在进行动载试验时，对于汽车荷载需要计入冲击系数（1＋μ），冲击系数是一个综合性动力参数，影响因素比较多，如车辆的振动频率、桥梁结构的基频、桥梁不平整程度和车辆通过桥面的速度等。

3.1 试验工况

动力荷载试验的测试内容主要包括：无障碍行车动力响应测试和有障碍行车响应测试。通常通过行车试验、刹车试验、跳车试验等进行检验。

（1）行车试验：试验使用30吨重车分别以车速20km／h、30km／h、40km／h和60km／h匀速通过桥梁结构，利用速度传感器测量结构竖向速度时程曲线，积分求的结构的动位移时程曲线，以测得桥梁在正常行车条件下的实际冲击系数平均值。

（2）刹车试验：试验时采用一辆试验车以30km／h的速度匀速行驶至中跨跨中断面时实施紧急刹车，使其产生较大的制动力并对桥梁形成一定的冲击作用，测定跨中截面测点的竖向振幅响应。

（3）跳车试验：在桥梁跨中设置高度为7cm的障碍物，模拟桥面铺装的局部不平整或损伤状态。试验时采用一辆试验车分别以20km／h、30km／h的速度匀速通过桥跨结构，在跨越障碍物时对桥梁形成冲击作用，激起桥梁较大的竖向振动，测定桥梁在桥面不良状态下运行车辆荷载作用下的动态响应。

3.2 动载各工况试验结果分析

通过对以上各工况模态分析结果分析（篇幅所限，各工况时程曲线未列出），结构的实测频率均高于理论值，结构实测振型与理论计算结果较吻合，跑车试验实测冲击系数在1.03～1.10之间与理论值1.05（1＋μ）吻合程度较好，试验结果表明桥梁动刚度满足设计要求。

4 结语

通过对该大桥的静、动载试验检测，表明该V腿刚构桥在静、动载工况下，最不利截面的应力、各关键部位及结构整体特征的实测值与理论值能够较好地吻合，左右幅应力效验系数多数为0.6～0.8之间，最大为0.92；位移效验系数多为0.6～0.8之间，最大值为0.94。试验加载过程中，主要截面测点的应变、位移和抗裂性能均满足规范要求，表明该大桥结构的承载能力、强度、刚度和稳定性均满足抗裂设计荷载正常使用要求，整个主桥的承载能力满足设计荷载正常使用要求。