桥梁荷载试验技术在建设工程交工验收质量检验中的应用

李田青 吴进星

摘要：文章认为桥梁荷载试验作为综合评定桥梁工程质量、检验桥梁实际承载能力最直接、最准确的一种技术手段，应在工程交工验收质量检验中得到重视和应用。广西建设工程管理部门或质量监督机构也应补充规定桥梁承载能力检验抽样比例，以便贯彻执行国家、行业管理部门关于建设工程检验评定标准和交工验收办法要求进行桥梁荷载试验的规定，确保桥梁结构安全投入运营。

关键词：桥梁;荷载试验;交工验收;检验

This article considers that bridge load test is the most direct and accurate technical means to comprehensively assess the bridge engineering quality and verify the actual bearing capacity of bridges，which requires the attention and the application in the quality inspection of engineering completion acceptance.Guangxi construction engineering management department or quality supervision agency should also supplement the regulations for the sampling ratio of bridge bearing capacity inspection，in order to implement the regulations of national and industrial management departments on the bridge load test of construction engineering inspection and evaluation standards and completion acceptance requirements，so as to ensure the bridge structure safety and being put into operation.

Bridge;Load test;Completion acceptance;Inspection

0 引言

作為公共基础设施，桥梁工程建设质量的好坏直接关系到桥面行驶车辆和行人的安全。桥梁工程质量与原材料、混合料、构配件、工程实体的质量有关，取决于工程勘察单位、设计单位、施工单位的工作质量，也跟建设单位、监理单位、质量监督机构等监督管理力度有关，需要建设项目参与各方严格执行国家法律、法规、工程建设强制性标准的规定。

建设工程交工验收质量检验，是评价工程质量，确保建设项目顺利投入运营、安全运营的最后把关。交工验收质量检验，包括施工单位自检、监理单位抽检以及建设单位、质量监督机构组织或委托第三方试验检测机构对工程质量的检验。对于桥梁工程来说，由于行业管理规定以及检测设备、人员专业水平、检测资质的不足，施工单位、监理单位仅能够检验原材料、混合料质量以及构配件、工程实体的尺寸、位置、外观缺陷，对与安全运营最为相关的桥梁工程承载能力则只能进行间接和定性评定。对桥梁工程承载能力进行直接、准确、定量鉴定，一般由建设单位、质量监督机构组织或委托有资质的第三方试验检测机构通过桥梁荷载试验予以检验。

1 桥梁荷载试验技术及原理

桥梁荷载试验是通过对桥梁结构施加与设计荷载等效的荷载，利用仪器设备和软件，采集、分析桥梁关键部位和截面力学效应和振动特性，以评定桥梁工程质量、检验桥梁实际承载能力的一种最直接、最准确的技术手段。桥梁荷载试验包括静载试验和动载试验。

桥梁荷载试验分为试验准备、荷载试验和试验数据整理分析等三个阶段的工作。试验准备阶段工作主要包括设计图纸和施工资料的收集、拟定试验桥跨、桥梁结构有限元模型建立和结构计算分析、拟定试验荷载、测试项目、测试点理论值计算、仪器配套以及测点布设等。荷载试验阶段工作主要包括施加分级试验荷载、卸除荷载、采集荷载作用下力学效应和振动特性等。试验数据整理分析阶段工作主要包括整理桥梁位移、静挠度、静应变、裂缝扩展闭合情况、动挠度、动应变等，分析计算结构校验系数、相对残余应变、冲击系数、自振频率、阻尼比、振型等。

当出现下列情况之一时，可判定桥梁实际承载能力不满足要求：

（1）主要测点校验系数>1.0;

（2）主要测点相对残余应变>20%;

（3）裂缝扩展、闭合超过规定;

（4）桥梁基础发生不稳定沉降变位。

2 荷载试验技术在桥梁交工验收中的应用

2.1 工程概况

那厘右江特大桥主桥钢筋混凝土箱形拱桥，分为左右两幅桥梁，桥跨单孔净跨为160 m，净矢高24.611 m，矢跨比1/6.5，拱轴系数为1.76。拱圈高2.8 m，拱圈顶全宽11.0 m，位于拱圈外侧的两片拱箱为边箱，中间各片为中箱。边箱的外侧腹板厚14 cm，其余腹板厚度均为8 cm。边中拱箱顶厚度为20 cm，底板厚度为25 cm，箱轴中距均为1.6 m。每箱底板宽度1.56 m，中箱采用1.42 m，现浇纵缝18 cm。行车道板采用10 m跨径的空心板，单幅横向布置11块板。桥面铺装采用10 cm厚C50防水混凝土现浇层+10 cm改性沥青混凝土，防水层为水性渗透型无机防水剂。设计荷载等级：公路-Ⅰ级，人群2.5 kN/m2。桥面宽度：29.50 m=2×[0.25 m（人行道栏杆）+1.57 m （人行道）+0.43 m（防撞墙）+11.75 m（行车道） +0.75 m（防撞墙及一半中央分隔带宽度）]。

2.2 荷载试验方案

选取那厘右江特大桥左幅主桥为荷载试验对象。

2.2.1 有限元分析

采用专用结构软件Midas/Civil建立桥梁有限元模型，计算分析结构振型，得到结构振动频率和冲击系数（见表1）。

2.2.2 静载试验

2.2.2.1 测试内容及截面布置

在拱圈L/4（截面B）、3L/8（截面C）、L/2（截面D）最大正弯矩效应下，截面B、C、D处拱箱的应变和截面B、G（3L/4截面）、D处拱箱的挠度;在拱圈两岸拱脚（截面A和E）最大负弯矩效应下，截面A、E处拱箱的应变（见图1）。

2.2.2.2 测点布置

截面A、B、C和E的应变测点布置在拱背;截面D的应变测点布置在拱腹;拱圈上的各测试截面均布置7个混凝土应变测点;空心板测试截面布置11个混凝土应变测点;挠度测点布置在各拱箱中心线对应的拱背。采用数字水准仪进行测量。

2.2.2.3 试验工况

共安排6个试验工況，以弯矩等效原则在桥面布设车辆荷载，计算荷载试验效率系数，通过调整、优化车辆位置和数量，使荷载试验效率系数控制在0.95～1.05之间。试验工况详见表2。

2.2.3 动载试验

2.2.3.1 脉动试验

在试验跨测试截面D处桥面行车道上布置1个竖向传感器，测量外界各种因素所引起的桥梁微小且不规则的振动，然后进行频谱分析，最终得到桥梁结构的动力特性（自振频率和阻尼比）。

2.2.3.2 跑车试验

试验车以不同的车速沿桥面行车道匀速往返行驶，采集测试截面D的动应变并计算冲击系数。

2.3 静载试验结果与分析

2.3.1 挠度测试结果

截面B、G、D的挠度测试结果见表3～6。

2.3.2 应变测试结果

截面A、E、B、C、D的应变测试结果见表7～12.

2.3.3 静载试验结果分析

通过对那厘右江特大桥主桥左幅试验跨静载试验测试数据的分析，可得出如下结果：

（1）在各静载试验工况下，试验跨控制截面拱圈挠度平均值的挠度校验系数值在0.620～0.709之间，均<1.0，说明试验跨的整体刚度满足要求。

（2）在各静载试验工况下，试验跨控制截面拱圈应变平均值的应变校验系数值在0.453～0.755之间，均<1.0，说明试验跨的整体强度满足要求。

（3）在各静载试验工况下，试验跨测试截面的最大相对残余挠度和相对残余应变分别为9.7%和17.9%，均<20%，说明试验跨在各工况下处于弹性受力状态。

2.4 动载试验结果与分析

2.4.1 脉动试验

通过对那厘右江特大桥左幅主桥加速度时程响应曲线和频谱图进行分析，实测一阶和二阶振动频率分别为0.95 Hz和1.80 Hz，均高于对应的理论计算频率值，这说明桥梁整体动刚度比设计良好。实测阻尼比为4.053%（见表13）。

2.4.2 跑车试验

跑车试验均采用2辆车，通过不同车辆速度下的动应变时程曲线的振荡峰值和谷值，可以计算出冲击系数。不同车速下实测冲击系数如表14所示。

2.5 荷载试验结论

综合分析静载试验和动载试验结果，在设计等效荷载作用下，那厘右江特大桥左幅主桥应变和挠度校验系数均<1.0，结构动力性能良好，桥梁承载能力满足设计荷载（汽车荷载：公路-Ⅰ级）要求。

3 结语

桥梁荷载试验作为综合评定桥梁工程质量、检验桥梁实际承载能力最直接、最准确的一种技术手段，应在工程交工验收质量检验中得到重视和应用。

《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》 （JTG F80/1-2017 ）规定“特大跨径的桥梁、结构复杂的桥梁和承载能力需要验证的桥梁应进行荷载试验”，但对常规桥梁没有规定。交通运输部2010年《关于印发公路工程竣交工验收办法实施细则的通知》附件1《公路工程质量鉴定办法》规定“桥梁承载力等均应符合设计要求”，但对桥梁抽检比例没有规定。贵州、重庆等省份地方交通质量监督机构补充规定了桥梁承载力鉴定抽样比例，抽检范围涵盖每个施工合同段和每种桥型结构、每种桥跨孔径。广西建设工程管理部门或质量监督机构也应补充相关规定，以便贯彻执行国家、行业管理部门关于建设工程检验评定标准和交工验收办法要求对桥梁进行荷载试验的规定，确保桥梁结构安全投入运营。

参考文献：

[1]JTG F80∕1-2017，公路工程质量检验评定标准（第一册 土建工程）[S].

[2]JTGT J21-01-2015，公路桥梁荷载试验规程[S].

[3]交通运输部.关于印发公路工程竣交工验收办法实施细则的通知（交公路发（2010）65号文）[Z].2010.