基于静载试验的桥梁结构性能检测分析与研究

许珊珊，李 丽，高 伟

(1.黑龙江科技大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150027；2.黑龙江建筑职业技术学院 市政工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025；3.黑龙江省交通科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)

基于静载试验的桥梁结构性能检测分析与研究

许珊珊1，李 丽2，高 伟3

(1.黑龙江科技大学 建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 150027；2.黑龙江建筑职业技术学院 市政工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025；3.黑龙江省交通科学研究所，黑龙江 哈尔滨 150080)

桥梁静载试验是检测桥梁结构工作状态最直接、最有效的方法和手段。以实际工程为依托，通过变换试验车辆在桥面纵向位置以保证荷载效率在规定的范围内，挠度测点布置在具有代表性的梁底跨中截面处，选取反映桥梁设计的最不利受力状态，对公路桥梁进行上部结构静载试验，根据实测数据，对桥梁结构的技术状况、使用条件和承载能力进行评定。通过试验得出：主梁跨中截面竖向刚度、混凝土结构强度能够满足使用要求，个别主梁残余变形相对较大，弹性变形安全储备较低。

桥梁；检测；静载试验

随着交通量日益增长，一些旧路已不能满足现有的交通状况，需要进行改造，提高公路等级。与此同时，公路上的桥梁能否适应道路的升级而带来的交通量增长、荷载增加，需要进行全面检测。因此，为确定公路桥梁的实际技术状况、使用条件和结构实际承载能力，对桥梁进行静载试验至关重要。

桥梁结构静载试验是对桥梁结构物工作状态最可靠、最直观的检测方法。这种荷载试验是非破坏性的，反映了桥梁在静载作用下的结构性能，通常采用车辆加载方式，测定梁的挠度、应变和裂缝，根据试验结果与理论计算值进行对比分析，来判断桥梁的实际承载能力。

1 桥梁概况

某桥长度为1350 m，主线桥梁为双向八车道，桥梁结构宽度为2×16.5 m(单幅桥断面形式为防撞栏0.5 m+车行道15.5 m+防撞栏0.5 m=16.5 m)；设计荷载等级为公路Ⅰ级。上部结构标准跨径30 m，先简支后连续预应力混凝土小箱梁，梁高1.6 m；全桥共计11联，45跨；跨径组合为10联4×30 m+1联5×30 m。

2 静载试验

2.1 测试截面

本文为便于论述，对该桥墩台进行编号。编号原则为：以跨径10联4×30 m向1联5×30 m依次编号，具体编号依次为P0台、P1墩～ P44墩和P45台。根据该桥现有技术状况和结构特点，选取左幅1联5×30 m为试验段，具体试验段为P44～P45，如图1所示。

图1 试验段桥梁平面 (单位：m)

2.2 测试项目

根据测试截面确定本桥的测试项目如下：

1)跨中截面在试验荷载下的应变。为了测定试验梁跨中截面沿梁高方向正应力的变化情况，现场在跨中测试截面沿梁高布置了多个测点，借此验证梁体工作状况是否符合平截面假定和梁体承受荷载是否处于弹性工作状态。

2)试验跨箱梁在试验荷载下的挠度。

3)试验跨箱梁在试验荷载下的支点负弯矩效应。

2.3 试验荷载及其布置

2.3.1 测点布置

静载试验挠度测点布置在左幅第44、45跨梁底跨中截面处，测点横向布置位置如图2所示。左幅截面应变测点布置位置如图3所示。

图2 左幅跨中断面挠度测点布置(为挠度测点)

图3 左幅截面应变测点布置(为应变测点)

本次试验确定采用4辆重车作为试验荷载，试验荷载分别为430.5 kN 、436.5 kN、435.0 kN、428.5 kN。试验车辆车轮横向轮距为1.90 m，纵向前轴与中轴距3.85 m，中轴与后轴距1.35 m。

2.3.2 试验工况及荷载布置

为了模拟公路Ⅰ级荷载的最大弯矩效应和保证试验的有效性，通过变换试验车辆在桥面纵向位置以保证荷载效率在规定的范围内，共分为两种工况，加载布置如图4、图5所示。

工况1：左幅P44～P45跨中截面最大正弯矩对称加载。

工况2：左幅P44～P45跨中截面最大正弯矩偏心加载。

图4 左幅跨中断面对称加载布置(单位：m)

图5 左幅跨中断面偏心加载布置(单位：m)

2.3.3 荷载试验效率

荷载试验各工况按照公路Ⅰ级加载，各工况的试验荷载效率见表1。

荷载效率均在我国《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)建议值0.95～1.05范围内，说明试验加载是足够充分的。

表1 加载试验计算值及荷载效率

2.3.4 挠度测试结果

在桥梁荷载试验中，结构校验系数η是评定桥梁结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标。根据桥梁控制截面控制测点的变位与理论计算值比较，得到桥梁结构的校验系数

式中：Se为试验荷载作用下实测的弹性变位(或应变)值，Ss为试验荷载作用下理论计算的变位(或应变)值。

工况1、工况2产生的挠度理论值与实测值结果对比如表2所示。

表2 左幅P44～P45跨中载、偏载跨中截面各测点实测挠度与理论计算值对比

左幅P44～P45跨中载、偏载作用下理论横向分布系数与实测值比较如表3所示。

表3 左幅P44～P45跨中载、偏载理论横向分布系数与实测值对比

2.3.5 应变测试数据

工况1、工况2产生的应变理论计算值与实测结果对比如下(其中以拉应力为正)：

1)左幅P44～P45跨跨中1#梁中载、偏载沿梁高应变的理论计算值与实测结果分析(N6～N10测点为从上至下依次编号)，如表4所示。

表4 跨中1#梁中载、偏载沿梁高实测应变与理论计算值对照(N6～N10) με

2)左幅P44～P45跨跨中1#梁中载、偏载作用下梁底应变的理论计算值与实测值分析(N1～N5测点)，如表5所示。

表5 跨中1#～5#梁中载、偏载作用下梁底实测应变与理论值对照(N1～N5测点) με

3 结 论

3.1 静载试验工况的确定

通过变换试验车辆在桥面纵向的位置，满足鉴定桥梁承载力的要求，共分为两种工况。静载试验工况的选择反映出桥梁设计的最不利受力状态，结构简单可选1～2个工况，结构复杂可适当多选，加载项目的安排应抓住重点，不宜过多。

3.2 测点的设置

静载试验挠度测点布置在具有代表性的左幅第44、45跨梁底跨中截面处，以便于计算和分析。为保证量测数据的可靠性，应该布置一定数量的校核性测点。在荷载达到正常使用荷载的1.2～1.5倍时，安装在结构上的附着式仪表应该拆除，避免结构突然破坏，使仪表受损。

3.3 试验结果分析

3.3.1 挠度测试分析

1)该桥在试验荷载作用下，各试验跨跨中截面各梁的实测挠度外均小于理论计算值，表明该桥结构刚度满足设计要求；

2)该桥在试验荷载作用下，跨中挠度校验系数在0.50～0.86范围内，符合预应力钢筋混凝土梁桥校验系数小于1的规定，表明该桥梁结构刚度良好；

3)结构的残余变形都在20%以内，说明结构在卸载后有较好的弹性恢复能力；

4)各主梁理论横向分布系数与实测值趋势一致，数值接近，说明所做试验跨主梁间横向联系较好，结构的整体性较强。

3.3.2 应变测试分析

1)混凝土应变校验系数为0.51～0.84，满足校验系数应小于1的规定，说明该桥强度满足设计要求；

2)该桥在试验荷载工况下各测点实测应变在沿梁高方向基本呈线性分布，说明结构在工作时符合平截面假定；

3)主梁残余应变均小于20%，说明结构在卸载后有良好的弹性恢复能力。

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Thedetectionanalysisandresearchofbridgestructureperformancebasedonstaticloadtest

XU Shan-shan1,LI Li2,GAO Wei3

(1.School of Architectural Engineering,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin 150027,China; 2.School of Municipal Engineering Technology,Heilongjiang Construction Vocational and Technical Institute,Harbin 150025,China; 3.Heilongjiang Traffic Science Research Institute,Harbin 150080,China)

The bridge static load test is the most direct,the most effective method and means for working state detection of bridge structure.Based on practical engineering,to ensure load efficiency within the prescribed scope through conversing test vehicle on the deck longitudinal position,needs to layout measuring point on the beam bottom midspan section,and choose the most unfavorable condition reflect bridge design,operation static load test for highway bridges superstructure.According to the measured data and results analysis,technical condition is evaluated,and the conditions and carrying capacity of the bridge structure are used.Through the test conclusion: main bridge midspan section vertical stiffness,and the strength of concrete structure can meet the requirements,when individual girder residual deformation is bigger,the elastic deformation safety stock is lower.

bridge; detection; static load test

2014-06-24

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12531597)；黑龙江省教育科学“十二五”规划2012年度课题(GBD1212068)

许珊珊(1981-)，女，讲师，研究方向：道路与桥梁工程.

U446.1

A

1671-4679(2014)06-0006-03

郝丽英]