贝雷桁架桥梁静载试验与分析

丁 印

（上海同丰工程咨询有限公司，上海市 200444）

0 引言

随着我国日益增长的交通量及公路运输业汽车荷载等级的提高，既有桥梁的耐久性及承载能力等相关问题越来越为大家所关注。对桥梁进行检测成为保证桥梁正常运营的重要措施[1]。当对桥梁特别是特殊结构的桥梁进行检测与检算分析尚无法明确评定桥梁承载能力时，可采用荷载试验来测定桥梁的实际工作状况和使用能力[2-3]。静载试验主要通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，测试桥梁结构的控制截面在试验荷载作用下的结构响应，通过校验系数（实测值与理论值的比值）来评定结构的实际承载能力[4-5]。

本文以贝雷桁架桥梁静载试验的工程实例为依托，介绍了静载试验的试验工况、测点布置及试验荷载，通过试验结果对桥梁承载能力进行了评价。

1 工程概况

浦东国际机场3#围区渣土消纳项目南线钢便桥，桥梁跨径组合由北向南依次为5.85 m+11.7 m+5.4 m+1.55 m（北衔接端）+6.4 m+1.95 m（南衔接段）+8.0 m+8.85 m，除第4跨为简支工字钢梁桥外，其余5跨均为连续贝雷桁架梁桥，工字钢梁南北两端与两端贝雷桁架间均设有衔接段。该桥桥面总宽为8.2 m，桥宽布置为0.1 m栏杆基座+3.75 m车行道+0.5 m中央分隔带+3.75 m车行道+0.1 m栏杆基座。本次静载试验对象为第2跨装配式上承式单层贝雷桁架。

2 静载试验

2.1 测试工况及测点布置

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的相关规定，拟设置3个工况进行静载试验，见表1，测试断面及测点布置示意图见图 1～3。

表1 静载试验测试断面及测试内容

图1 测试断面布置图

2.2 试验荷载

根据Midas Civil 2012计算测试断面的内力和挠度影响线图，按各控制截面最不利位置布载，在保证试验荷载效率和结构安全的前提下，本次试验采用2辆每辆总重近550 kN的四轴载重货车进行加载。正弯矩加载工况载位见图4。

图2 1-1～4-4断面应变测点布置示意图

图3 5-5～7-7断面应变测点布置示意图

图4 正弯矩加载载位示意图（单位:mm）

2.3 静载试验效率系数

静载试验一般要求试验荷载在结构主要控制截面上所产生的效应与期望荷载所产生的相应效应接近，其接近程度采用静载效率系数ηq描述。本次试验期望荷载为55 t土方车。采用Midas Civil 2012进行结构计算。主要荷载工况下静载试验效率系数见表2。下述各表中，拉力和拉应变均为正，压力和压应变均为负。

表2 上部结构静载试验效率系数

3 试验结果分析

3.1 结构校验系数

为了检验试验荷载作用下各截面测点的效应实测值与相应计算值的差异，一般采用测点效应校验系数ξ进行检验[6]：

式中：Se，m为试验荷载作用下主要测点的实测弹性变位或应变值；Se，c为试验荷载作用下主要测点的理论计算变位或应变值。

试验荷载作用下控制断面应变及挠度的实测值、理论值及校验系数见表3和表4。

表3 应变实测值、理论值和校验系数

表4 挠度实测值、理论值和校验系数

由表3和表4可知，试验荷载作用下，测点的校验系数均满足规范规定的小于1.0的要求。

3.2 相对残余变形

结构相对残余变形是检验结构弹性恢复能力的主要指标。根据规范，相对残余变形可用式（2）表示：

式中：Sp为卸载后达到稳定状态时的残余变形实测值；St为加载后达到稳定状态时的残余变形实测值。

在试验荷载作用下，控制断面应变及挠度相对残余变形检测结果见表5和表6。

表5 主要测点应变相对残余变形

表6 主要测点挠度相对残余变形

由表5、表6可知，各测试截面在试验荷载作用下，测点应变及挠度相对残余变形均小于规范规定的相对残余变形容许值20%，表明结构目前处于良好的弹性工作状态。

3.3 结构承载能力检算

结合荷载试验结果对主要受力构件进行强度检算。先根据试验荷载作用下构件的实测应变推算出期望荷载下的应力值，然后与恒载作用下的构件应力值进行最不利组合，将最不利状态下的应力组合值与材料的设计强度进行比较，从而判断构件强度是否满足期望荷载承载要求。强度检算结果见表7。

表7 第2跨贝雷桁架强度检算

由表7可知，结合荷载试验结果得出的最不利荷载效应组合下的应力值均小于材料强度设计值，表明第2跨上部结构贝雷桁架的强度能够满足期望荷载55 t重车的安全承载要求。

3.4 结构刚度检算

将试验荷载下贝雷桁架的实测挠度最大值推算至期望荷载下的挠度值，并将该挠度推算值与允许值进行比较[7]，以此检验桁架结构的刚度是否满足设计荷载的使用要求。跨中断面（2-2断面）刚度检算结果见表8。

表8 贝雷桁架刚度检算结果 mm

由表8可知，试验荷载作用下，该跨中实测挠度最大值为10.24 mm，推算至1.0倍期望荷载（不计冲击）作用下的挠度为9.94 mm，小于挠度容许值31.2 mm，表明在期望荷载作用下贝雷桁架竖向刚度满足正常使用要求。

4 结语

（1）试验荷载作用下，上部结构应变测试断面各测点及跨中挠度测试断面各测点的校验系数均满足规范规定的校验系数小于1.0的要求。

（2）试验荷载作用下，各控制断面应变及挠度相对残余变形均小于规范规定的相对残余变形容许值20%，表明结构目前处于良好的弹性工作状态。

（3）根据荷载试验结果对该桥上部结构进行强度和刚度检算，检算结果表明贝雷桁架能够满足期望荷载55 t重车的安全承载要求。

[1]杨文渊，徐彝.桥梁维修与加固[M].北京：人民交通出版社，1989.

[2]张劲泉.公路旧桥承载力评定方法及工程实例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]姜毅.在役桥梁结构检测与评估[D].郑州：郑州大学，2014.

[4]张俊平.桥梁检测[M].北京：人民交通出版社，2002.

[5]王凌波，蒋培文，马印平，等.桥梁静载试验校验系数及优化评定方法研究[J].公路交通科技，2015，32（6）：62-68.

[6]JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程[S].

[7]黄绍金，刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京：人民交通出版社，2004.