荷载试验在公路桥梁检测中的应用效果评价

唐国文

（中铁十九局集团第七工程有限公司，广东珠海 519000）

0 引言

《公路养护技术规范》（JTG H10—2009）要求，必须对修建的桥梁进行鉴定，桥梁结构在荷载作用等因素影响下，会产生不同程度的损伤，对桥梁结构进行安全性检测非常重要。对新建桥梁的检测评估，对事故处理方法不当等原因出现病害的桥梁需进行鉴定，为桥梁竣工验收，提高桥梁建设水平积累科学的数据资料。

1 桥梁结构荷载常用检测方法

表观检测方法是桥梁结构状态检测的重要手段，通过技术人员目视旧桥进行全面检测，以量化方式评估各构件的损伤情况，此评估方法是较直观的方法，适宜较大范围桥梁普查分级，是桥梁检测中的常用方法。此方法对承载力判断仅为初步判断，较难保证评定精度，评估方法的效能与检测人员的专业能力相关啊，评判标准难以统一。为获取全部结构性能需设置较多的检测点。结构局部构件得出的检测结果不能反映全部整体性能[1]。

局部检测通过对某个损伤较严重的局部构件进行非破坏性检测，可采用各种技术仪器进行有效检测。

静态检测法是对桥梁进行静荷载实验，桥梁结构静荷载实验是根据桥梁设计荷载等级，对桥梁结构进行加载，测试桥梁上部结构的静态响应。根据测试结果与理论计算值对比，采用物理力学概念与规范与常规设计相同。荷载实验法多用于桥梁实际工作状态不明确情况下评价。可降低桥梁评价中的不确定性，但此方法加载时间长，成本较高。

桥梁结构要承受车辆荷载等多种复杂因素影响，动态检测法是对桥梁进行动荷载的实验，如行驶汽车荷载作用于桥梁结构，判断桥梁结构在动力荷载下受冲击的影响。动载试验目的是研究桥梁结构的动力性能，如冲击系数是确定车辆荷载作用的重要技术参数，桥梁过大振动可引起车辆的不适感，外荷载可能引起桥梁结构的共振。静力荷载实验是动力荷载实验的基础，一般先作静力荷载试验测定有关结构特性参数。

2 桥梁结构荷载实验简介

桥梁结构荷载实验是直接在桥梁结构加载的科学实验共振，判断桥梁结构的安全承载能力，荷载实验可分为静载与动载实验，桥梁荷载实验可以是实桥实验或桥梁结构模型室内实验，荷载实验多采用实桥现场加载实验。

荷载实验的主要目的是评定既有桥梁的结构实际承载能力，验证发展新结构的设计计算理论[2]。桥梁结构静载实验分为结构考察与实验方案设计和测试结果分析。整个实验成败很大程度上取决于实验前的准备工作，应根据实验目的，考察实验桥梁的现状，进行必要的理论分析，要全面开始试验前的各项准备工作。确定实验人员组织及分工、仪器组配及标定等。

准备工作完成后，对各测试仪器进行观测，应严格按实验方案进行。保证实验能有序进行，测试记录人员应认真测读，有效保证实验数据正确无误，保证实验正常进行。

通过加载测试后得到原始数据，图像描述是荷载实验的重要资料，实际工作难免繁琐，需对其进行分析处理得出科学的结论。

3 桥梁荷载实验的应用

3.1 实验方案设计

实验方案设计是桥梁静载试验的重要环节，实验方案设计包括实验对象的选择，测点布设，加载方案设计等方面[3]。桥梁静载实验要能客观评定结构的承载能力状态，需进行必要的简化，对结构形式不同的桥跨结构应选取具有代表性的孔进行实验，实验对象选择应考虑计算受力状态最不利的实验孔，搭设脚手架及荷载方便的实验孔。

实验荷载工况的选择应能反映桥梁结构最不利的受力状态获得结构中内力变化幅度大的截面位置信息，根据冲击系数计算截面最不利的活载内力形式，加载实验项目设计应抓住重点，应根据桥型与规模寻找主要内力设计荷载状况，如桥梁结构复杂规模较大应设若干附加荷载工况。

测试截面内力与应力分布通过应变反映，如何正确布置测点对结构受力状态分析非常重要。测点布置应遵循必要、方便观测的基本原则，应在结构最大应力与挠度处布设主要测点。对组合体系的桥梁结构，结合各类桥梁确定其主要测点布设位置。

3.2 实验控制荷载

根据桥梁调查与检算工作深度要求，在挠度沿纵向或控制截面桥宽方向分布，应变沿截面高度分布，墩台沉降与转角，剪切应变等处增设测点。为保证荷载实验效果，必须先确定实验的控制荷载。分别计算汽车人群荷载，挂车荷载等对结构控制截面产生内力最不利值进行比较。实验荷载应与设计标准相同，实际采用的实验荷载难以与实际保持一致，实际轴重与标准荷载不同。

为保证加载过程安全，对桥梁各主要工况加载时应分级进行。加载分解较方便时可按最大控制截面内力荷载工况分为4 级，应尽量增多加载分级。采用重物直接加载方式周期较长，实验加载时间应安排在晚上10 点后，如夜间实验照明困难，可在昼间进行实验。

3.3 荷载实验分析

实验现场得到的数据是庞杂的，需对实验数据进行在整理分析，最后得出承载能力状态评定的科学结论[4]。

桥梁结构的动力特性包括固有频率等，与外荷载等条件无关。结构动力特性是桥梁承载能力状态评定的重要参数。结构各部位动力响应，反映桥梁结构在动荷载作用下的受力状态，桥梁结构动载实验要揭示桥梁结构震动的内在规律。

动载实验测试的目的是测定桥梁结构的动力反应，测定桥梁荷载自身的动力特性。阻尼比是反应桥梁结构耗散能量的量度，阻尼比越大，说明桥梁结构振动衰减越快，过大的阻尼比说明结构可能存储开裂等现象。动挠度与相应的静挠度比值为活荷载冲击系数，活载冲击系数综合反映荷载对桥梁的动力作用。

4 桥梁荷载实验工程实例

滨湖桥位于广东省佛山市，桥跨为15 m+20 m+15 m，车行道24 m，设计荷载为汽车-20，人群3.5 kN/m3，桥梁主要由主梁、桥台、桥墩组成。

主梁是普通混凝土钢筋结构，梁高1 m，各梁间距1.85 m，桥面设置了较强的13 道横梁，V 型墩由两个变截面杆组成，V型墩底部标高17.1m，桥墩下共有6 根桩，桩长17 m 距离桩底设计标高2 m 处开始扩孔至2 m，6 根桩用1.5 m 高的承台连接，桥台下共有8 根长18 m 直径1.2 m 的桩，挡土墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙[5]。为检验桥梁结构特性是否符合设计标准要求，对桥梁进行检测及荷载实验。取得关键部位的受载应力及变形等重要数据，为维修加固工作提供依据。

桥梁现有状况检测范围包括桥梁上下部结构检查，桥梁维护结构的检查，线型与标高的量测。检测桥梁构件有无破损、开裂、积水等现象，标测出具体位置。

桥面存在大面积的坑洼不平，形成深20 mm 不规则的散布坑洼，局部铺装层钢筋露出。桥面板，横梁存在露筋现象，钢筋锈蚀严重。混凝土脱模现象可不予修补。

横梁两侧边普遍存在竖向裂缝，分布在梁跨中，部分纵梁与H7 交汇处附近有裂缝，最大宽度为0.2 mm。裂缝处于梁的腰部向梁底延伸，因钢构桥整体性强，混凝土收缩等作用下易造成开裂。

桥台存在多处裂缝，其中一处为桥台结构开裂，裂缝未显陈旧，必须采取处理措施，防止影响使用安全。V 型桥墩细密龟状粉刷层裂纹，主要为过往游船撞击所致。

桥梁两端设置了橡胶板伸缩缝，伸缩缝有近1/2 长度的橡胶已破坏。桥台伸缩缝间雨水冲刷大面积泥沙污迹。伸缩缝破损严重。纵梁端底面与桥台支座区域存在大量施工留下的木模板残片，对支座产生一定的影响。搭板两端支撑存在宽大裂缝，应为连接与粉饰层开裂。

5 结束语

对佛山市大桥现状检查，在动荷载作用下的动力特性测试。现状检查结果表明，桥梁一侧桥台开裂是结构性损坏，其原因可能系基础沉降不均等多种因素造成。桥台损坏必须尽快适当处理。横梁普遍存在竖向裂缝，主要原因为混凝土结构收缩等作用影响产生。应采取措施防止钢筋锈蚀。桥梁伸缩缝急需修理更换。