桥梁施工阶段单梁静载试验效率计算方法分析探讨

□文 /黄小国

桥梁静载试验效率计算是确定桥梁静载试验加载方案的最基本数据，若静载试验效率计算不准确或误差较大，将会导致整个桥梁静载试验数据有误或试验方案的失败，而对桥梁工作状况做出错误的判断，通常静载试验的步骤如下：

1）准备工作收集资料；

2）确定控制荷载；

3）计算试验效率；

4）计算加载吨位；

5）确定加载方案；

6）现场静载试验；

7）数据分析处理；

8）静载试验结论。

由以上步骤可看出，桥梁静载试验效率的计算是确定桥梁静载试验加载方案的前提，若无静载试验效率，则不能确定加载方案及具体的加载吨位。

桥梁静载试验效率计算最基本的原则是等效。试验过程中采用加载物产生的效应与桥梁控制荷载产生的效应一致或接近一致，通过测试构件的实际响应值与理论计算响应值对比分析来判断桥梁的实际工作状况。

对于成桥的荷载试验，其加载效率计算较为简单，因其已完成所有的施工阶段，目标荷载容易确定，通常为根据目标荷载确定的设计汽车荷载等级[1]。

对于施工阶段的单梁静载试验目标荷载[2]则较难确定，具体的计算方法及思路在现有的规范、规程中并未提及，试验效率的计算方法就更难确定，若不能明确试验效率，则具体的加载方案不能确定。

施工阶段单梁静载试验效率计算总体原则应与成桥静载试验一致，可参考成桥静载试验效率的计算方法及计算原理，均采用“效应等效”原理。

1 成桥静载试验效率计算方法

对于成桥静载试验效率的计算，根据不同的加载工况需求，通常采用控制截面的弯矩效应值或剪力效应值等来计算静载试验效率。即实际加载物产生的控制截面效应值与目标荷载控制截面效应一致或接近一致（一般试验效率为0.95～1.05，对交竣工验收为0.85～1.05)。

控制荷载通常为设计荷载或目标荷载中的汽车荷载或验算荷载，控制荷载作用下在控制截面产生的理论效应值可按常规的力学方法求得。

根据初步确定的加载方案，按常规力学方法求得加载方案下控制截面的效应值，即可得出该加载方案下的静载试验效率，若静载试验效率满足要求，则加载方案可以实施，否静载试验效率过大或过小，则应调整相应加载方案后重新计算试验效率，直到满足要求后方案可正式实施。

对于成桥静载试验，试验效率[3]可按下式取用。

式中：ηq为静载试验效率；SS为静载试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或位移的最大计算效应值；S为控制荷载产生的同一加载控制截面内力或位移的最不利效应计算值；μ为按规范取用的冲击系数[1]。、

2 施工阶段单梁静载试验控制荷载确定方法分析

施工阶段的单梁一般指预制装配施工方法中的预制构件，对其质量有怀疑或其他原因需要确定构件的工作状况时，可采用静载试验的方法对构件的工作状况进行验证。

因单梁处于施工过程中的某一阶段，须经历完整的施工过程，承受二期恒载，然后承受使用阶段的活载。

某些预制构件在设计中有附加截面，预制完成的构件最终仅承受部分二期恒载及部分活载，预制构件仅为组合构件的其中一部分，故其后续受力阶段的荷载分配等效模拟较为复杂及困难且根据不同的结构形式及施工工艺等条件影响，后续阶段的受力模式也有较多的变化，需进行复杂的受力分析。鉴于以上情况，将施工阶段单梁静载试验效率的计算分为两种情况进行简化计算。

第一种情况为构件预制完成后无附加截面参与受力，由预制完成的构件承受所有的二期恒载及设计汽车活载的横向分布。

第二种情况为构件预制装配完成后有附加截面参与受力，则受力模式可划分为分以下几个受力阶段：第一阶段为附加截面施工阶段，仅由预制构件承受附加截面产生的恒载（即部分二期恒载）；第二个阶段为二期恒载施工阶段，由预制构件与一阶段的附加截面共同承受其余的二期恒载（铺装、混凝土护栏等）；第三个阶段为投入使用阶段，预制构件与参与受力的附加截面共同承受第二阶段的恒载与通过横向分配的汽车及人群等活载。

对于第一种情况，其目标荷载较容易确定，其只有一个受力阶段，其荷载效应也容易确定，可采用该受力阶段的理论弯矩值作为其目标荷载的效应值。对于第二种情况，其目标荷载效应须按不同的受力阶段分别确定，每个受力阶段的荷载均为目标荷载的一部分，每个阶段的目标荷载效应值组合叠加后的效应作为试验目标荷载的总效应值。

3 单梁静载试验效率计算分析

单梁静载试验效率的计算也同样分两种情况进行计算。

对第一种情况即无附加截面受力的情况，可按加载方案计算弯矩值与目标荷载弯矩效应 (目标荷载应乘以冲击系数)比值求得。

对第二种情况，作为组合截面的后两个受力阶段，其组合后的截面形式、截面特性、构件刚度均有变化，对于需要进行静载试验的构件仅为组合截面的其中一部分，确定其具体的效应值则有较大困难。由于计算组合截面其中一部分的弯矩效应值需要采用复杂的计算方法方可确定，那么若采用计算每一阶段挠度值的方法确定目标荷载作用下的位移效应值，则简化了计算方法。

构件控制总位移效应：第一受力阶段位移+第二受力阶段位移+第三受力阶段位移。因在各受力阶段的位移效应计算值中已考虑了截面及刚度的影响因素，故对总体计算进行了简化。以有附加截面参与受力的T梁构件为例，见图1。

图1 T梁构件加载

则静载试验效率与常规的计算方式不一致，计算式如下：

式中：ηq为静载试验效率；Δ为静载试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面位移最大计算效应值；Δ1、Δ2、Δ3为各阶段荷载产生的同一加载控制截面位移的最不利效应计算值；μ为按规范取用的冲击系数。

由式（2）看出，冲击系数仅对第三个受力阶段有影响，对恒载增加阶段则没有影响。

作为施工过程中的构件，单梁的截面形式及截面特性随不同施工阶段而变化，荷载效应值也跟随变化，故需根据每一施工过程中的受力情况变化及使用中的荷载情况，详细分析每一阶段的效应变化及其组合情况，确定其目标荷载的效应值，计算静载试验的试验效率，然后调整具体的静载试验加载方案方可确保静载试验顺利完成。

4 结语

由于现行的荷载试验规程中无明确具体的计算说明，施工阶段单梁静载试验效率计算方法及原则与成桥试验略有不同，按构件是否有附加截面参与受力分析从构件预制到正常使用阶段的具体受力变化过程分为两种情况进行计算。若构件无附加截面,可参照成桥静载试验计算方法计算单梁的试验效率及分级加载重量量；若构件有附加截面参与受力则应具体分析构件从预制到使用阶段的位移效应作为计算试验效率的计算参数，从而确定具体的加载重量计试验方案。