基于荷载试验的大件运输车通行安全分析

刘首林

摘要：随着我国经济不断的发展，大件运输越来越频繁，而这些车辆荷载远超过设计荷载等级，因此，在通行前对桥梁的承载能力评定尤为重要。本文通过一座大件运输车辆待通行桥梁荷载试验，对空心板梁的承载能力进行分析，为其他同类型桥梁作为参考。

关键词：大件运输车 静载试验 应力（应变） 校验系数

1 前言

某热电厂一台发电机定子拟采用桥式运输车组由码头运至工厂，其间经过一座单跨16.0m空心板桥梁。该桥桥宽布置为0.5m护栏+15.0m机动车道+0.6m护栏=16.0m，上部结构由15片预应力混凝土空心板梁组成，梁高0.7m，边梁底宽1.045m，中梁底宽1.03m，设计荷载等级为汽车-20级、挂车-100。由于定子及运输车总重约396吨，远超过原设计荷载等级，为判断此桥梁是否满足本次大件运输安全通行要求，对其进行静载试验。

2 荷载试验

静载试验是检验桥梁结构在试验荷载作用下桥梁工作状态与工作性能的有效手段。通过对桥跨结构进行静荷载加载，测量试验荷载作用下的控制截面应变（应力）和挠度等指标，检验实际结构的强度和刚度是否满足规范要求。

2.1 测点布设

测点的布设应具有代表性和目的性，在满足试验荷求下，不宜设置过多，以便试验工作突出，提高效率。一般而言，桥梁结构的最大应变与最大挠度数据，能客观地了解结构的工作性能和强度储备，因此，应力和挠度数据为测试重点。

该桥为简支梁桥，根据其受力特点，测试的主要内容为跨中截面最大正弯矩和挠度。经计算，在内力较大的6#梁～10#梁各设1个应变侧点，采用混凝土应变片测量；为检验空心板梁的竖向刚度及荷载的横向分配性能，在每片梁底各设1个挠度测点，采用电测位移计测量。应变及挠度测点布置见图1。

图1 测点布置示意图

2.2 试验荷载

試验荷载是在大件运输车荷载效应计算基础上，按照弯矩等效原则确定试验荷载加载吨位和位置。经反复试算，本次试验采用4辆四轴载重货车进行加载，车型示意见图2，轴重及总重见表1。

2.3 试验加载效率

荷载试验应尽量采用与控制荷载相同的荷载，但受客观条件的限制，实际采用的试验荷载与控制荷载会有所不同，为保证试验效果，采用静力荷载试验效率 进行控制。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中相关要求， 宜介于0.95～1.05之间。试验荷载、大件运输车辆荷载效应及静载试验效率见表2。由表2可知，静力试验荷载的效率为1.045，满足试验要求。

2.4 试验加载方案

为了获得结构变形与荷载增加的连续关系和防止意外，分5级加载，每级加载时，车辆逐辆缓缓驶入预定加载位置，逐渐使试验荷载产生的内力与大件运输车产生的内力相当。

试验在在夜间进行，以减少温度变化对试验造成的影响。每级加载结构应力、挠度经多次读数，基本稳定时进行下一级加载。加载完成后进行分级卸载，并观测残余值。

3 试验数据分析

3.1.1 应力及挠度分析

按照试验要求，应对荷载—应力（应变）及荷载—挠度绘制曲线，以表达荷载与变形之间的关系。根据荷载与变形曲线的形状与特征，能够宏观地说明结构是否处于弹性工作状态，把握结构的受力行为。

两车道中载加载工况下，6#～10#梁底跨中应力、跨中挠度测试结果分别见表3及表4，各级荷载下荷载—混凝土应力及荷载—挠度曲线分别见图3、图4。

由表3和图3可知，试验荷载作用下，随着荷载增加，应力增加趋势基本一致；在加载至1.045倍大件运输车辆荷载下，应力未发生突变，表明梁底混凝土没有开裂，据此可以得出结论，空心板梁满足能满足正常使用极限状态和承载能力极限状态要求。

由表4和图4可知，在试验荷载作用下，梁跨中挠度随着荷载增加没有发生突变现象，各荷载等级下挠度测试值线性相关较好，且实测挠度最大值为3.38mm，远小于规范允许值L/600，表明其竖向刚度良好。

3.1.2 横向分布系数

荷载沿横向对各主梁不同分配的比例系数即为荷载横向分布系数，通过实测荷载横向分布系数，能够掌握结构荷载横向分布的均匀程度及横向联结的程度，实测分布系数越小，说明荷载分布越均匀，结构的横向整体性能完好。本次选择汽车两车道中载横向分布系数进行检验，图5为荷载横向分布曲线。

图5 横向分布系数

由图5可知：实测横向分布7#梁最大，最大值为0.201，理论横向分布8#梁最大，最大值为0.209，实测值较理论值略小，且曲线较平滑，表明空心板梁间横向联系良好。

3.1.3 结构校验系数

结构的校验系数评判桥梁承载能力和工作状态的一个重要指标，它是指在桥梁荷载试验中某一测点的实测应力或挠度与其理论计算值的比值。一般要求结构校验系数不大于1，对预应力混凝土梁应力和挠度校验系数分别在0.5～0.9、0.70～0.80之间。

两车道中载最大正弯矩加载工况下，混凝土应力及跨中挠度实测值、理论值及校验系数见表5和表6。

由表5、表6可知，在最大正弯矩工况下，混凝土应力校验系数在0.64～0.73之间，挠度校验系数在0.63～0.72之间，均小于1.0，且校验系数在正常值范围内，表明空心板梁具有良好的强度和刚度，且一定的安全储备。

3.1.4 相对残余变形

相对残余变位（或应变）是检验结构弹性恢复能力的一个重要指标。测点在控制荷载工况作用下，相对残余变位（或应变）越小，说明结构越接近弹性工作状态，一般不大于20%。

在试验荷载作用下主要测点应变及挠度相对残余变形检测结果见表7、表8。

由表7和表8可知，在试验荷载作用下，各测点相对残余应变在1.6～5.3%之间，挠度相对残余在6.1～6.8%之间，均小于规范限值20%，表明该桥主梁具备较好的弹性恢复能力。

4 结论

1、在试验荷载作用下，随着荷载增加，梁底混凝土应力及挠度值没有发生明显突变现象，且呈线性变化，上部结构空心板梁在大件运输荷载作用下能满足正常使用极限状态要求和承载能力极限状态要求。

2、汽车两车道中载最大正弯矩工况下，各梁混凝土应力及挠度均小于1，各测点校验系数在预应力混凝土梁校验系数常值范围内，表明该桥空心板梁在大件运输车荷载作用下仍具有一定的安全储备；实测应变相对残余变形在1.6%～5.3%之间，挠度相对残余变位在6.1%～7.7%之间，小于20%，表明该桥主梁具备较好的弹性恢复能力。

3、实测横向分布曲线较平滑，无明显突变，表明空心板梁间横向联系较好，大件运输车通行时能将荷载均匀传递，有效降低车轮集中荷载，保证通行安全。

参考文献：

[1]《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）

[2]《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）

[3]《公路旧桥承载能力鉴定方法（试行）》（1988 交通部）

[4]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85）

[5]《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021-89）

[6]《公路桥梁荷载横向分布计算》李国豪、石洞