桥梁检测中的静载试验分析

刘飞民

摘 要：结构荷载试验是桥梁检测中基础技术，也是对桥梁结构物进行直接测试的主要用方法，而静力荷载试验是结构荷载试验的一种。文章以A桥梁为例，简要阐述了A桥梁检测中的静力荷载试验设计过程，并对A桥梁检测中的静力荷载试验结果进行了分析。

关键词：桥梁;静载试验;承载能力

前言：

桥梁静力荷载试验是一种可直观评定桥梁承载能力的手段，通过若干个测点的布置，可全面剖析桥梁结构受力情况，对桥梁结构质量进行检验，进而判定桥梁工程整体结构的可靠性、安全性。对于多数中跨径特别是大跨径的桥梁而言，通过静力荷载试验，可以综合、具体检定桥梁工程质量可靠性。基于此，对桥梁检测中的静力荷载试验进行适当分析非常必要。

一、桥梁检测项目概述

A桥梁桥跨结构为6*20m简支连续箱梁，宽度为（0.70+11.00+0.70m），设计为双车道。该桥梁横向是在4片主梁结构上进行的11.0cm厚一体化混凝土现浇（预制箱梁混凝土设计标号为C50），下部结构包括柱式墩、肋板台、扩大基础几个部分。A桥梁于2008年正式建成通车，设计荷载为公路-I级。

二、桥梁检测中的静载试验设计

1、结构现状调查

桥梁结构现状调查，可以为桥梁静力荷载试验设计提供客观、合理参考，保证静力荷载试验设计的周密合理性。因此，在静力荷载试验设计前，需要搜集与A桥梁桥跨结构相关的设计图纸、计算书、作为设计依据的有关技术资料、变更设计资料及监理日志、施工日志、施工观测记录、分部分项验收报告、材料性能试验报告、工程质量事故检查等资料，从裂缝宽度及其他主要控制测点表观病害等入手，对A桥梁现状进行调查[1]。

通过对A桥梁表观病害进行观察，发现A桥梁预制梁总体表观状况良好，表面较为平滑，且没有较为明显的受力裂缝。

2、测试项目设计

A桥梁检测中的静力荷载试验项目主要包括主梁控制截面在试验荷载下的应力、主梁控制截面在试验载荷下的最大挠度两个方面内容[2]。其中应力可以衡量A桥梁结构强度，需要在A桥梁现浇混凝土表面进行表面应变计安装，并配置笔记本电脑、自动采集系统，进行数据分析;而最大挠度可以有效判定A桥梁整体结构实际刚度，主要利用智能位移计进行测量。A桥梁静力荷载试验加载控制截面位置主要包括第一跨跨中附近位置、第一跨内支点截面、第二跨跨中截面等，控制效应主要为最大正弯矩效应、最大负弯矩效应。

3、控制荷载确定

A桥梁检测中的静力控制荷载的确定主要是根据荷载等级，设计相应的荷载效应控制值，促使控制截面在内力、位移、变形方面产生最不利荷载效应。确定静载试验荷载大小、加载位置主要采用静力荷载试验效率ηq控制，ηq计算公式如下：

上述式子中为冲击系数，St为静力荷载试验作用下某一加载试验项目对应的加载控制截面位移变化、应力的最大计算效应值;S为试验控制载荷下，所产生的同一加载控制截面应力、或者位置变化所产生的最不利效应值。根据设计标准载荷所产生内力最不利效应值，可得出该桥梁加载效率取值偏大，在[0.85，1.05]之间。

在静力荷载试验效率ηq确定后，可以对应力挠度校验系数进行计算，应力挠度校验系数为试验荷载作用下实测应变值与试验荷载作用下理论计算应变值的比值，其数值大小与桥梁结构安全储备、承载能力呈负相关，一般小于等于1。

4、测点及加载程序设计

根据A桥梁受力特点，在活荷载作用下A桥梁主要以主梁承受弯矩、剪切力、吊杆承受拉力。因此，为了恰当评定A桥梁强度、刚度，可以根据设计图纸，结合规范要求，在大型有限元软件MIDAS中，进行空间模型构建，计算A桥梁主梁控制截面在设计荷载作用下可以产生的最不利内力组合及相关截面内力影响线（单位移动荷载作用下内力变化规律的图形）[3]。在获得内力影响线之后，利用内力影响线，对结构进行最不利荷载分析。在A桥梁最不利工况下，为了更好的分析A桥梁最不利受力部位挠度及应力，除了在纵梁跨中截面布置测点外，还可以在L/4、3/8L、3/4L及肋板台进行测点布置。即对梁跨中截面最大正弯矩（按截面第一跨L/2周边最大正弯矩效应纵桥向二排车、横桥向两列车中载布载）、偏载情况下跨中截面正弯矩（按截面第一跨内支点周边最大正弯矩效应纵桥向两排车、横桥向两列车中载布载）、1/4截面最大正弯矩、3/8截面最大正弯矩、肋板台最大负弯矩进行逐一计算。

在测点布置方位确定后，为了更加准确的获得A桥梁结构试验荷载与变为关系的连续曲线，降低结构以外损伤风险，可以针对不同项目，分别依据二级加载、二级卸零方式，对A桥梁同一主梁截面试验进行先偏载后满载最后卸零操作。同时对主跨跨中截面加載工况进行重复加载，并根据A桥梁结构对称性，选择主桥的半结构，开展加载试验。根据A桥梁现场加载设备运行情况，在A桥梁静力荷载试验时主要采用三辆载重均为350.0kN的三轴汽车，其前轴重为70kN，中轴重为140.0kN，后轴重为140.0kN，前轴与中轴间距离为4.00m，中轴与后轴间距离为1.35m，轮胎间距为1.80m。

在整个加载工况中，设计弯矩、试验弯矩及静力荷载试验效率均有所差别。以梁跨中截面最大正弯矩为例，设计弯矩为900.23kN·m，试验弯矩为905.68kN·m，静力荷载试验效率为1.02;而肋板台最大负弯矩设计弯矩为-1356.24kN·m，试验弯矩为-1426.14kN·m，试验效率为0.98。

三、桥梁检测中的静载试验实施

根据上述操作，对A桥梁主梁控制截面B的最大挠度及应力进行测试，得出结果如下：

由表1可知，A桥梁个别梁、个别测点实际测量值均小于理论值，表明A桥梁结构现有承载能力、刚度可以满足公路I级荷载等级要求。同时通过对不同工况试验残余变形进行分析，A桥梁各工况相对残余应变在20.0%以内，卸载后各测点可读数值可以顺利归零，试验残余变形较小，且结构仍然处于弹性运作状态，试验荷载下没有观测到新的裂缝发展。

总结：

综上所述，静力荷载试验在桥梁检测评估中占据着至关重要的地位，也是评定桥梁力学性能是否可以满足规范、设计要求的有效方法。因此，在桥梁检测中，应根据前期调查所得的桥梁表观病害，确定静载试验项目。并进行控制截面及加载程序的合理设计，保障桥梁检测中的静力荷载试验结果准确度。

参考文献：

[1]苟海刚， 邢国华， 武名阳，等. 铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验[J]. 中国公路学报， 2019， 32（8）：100-100.

[2]宋广， 杨鹏， 侯智超，等. 黄河中下游地区大直径超长灌注桩静载试验与分析[J]. 工程勘察， 2019， 47（9）：55-58.

[3]黄生根， 付明， 胡然，等. 基于颗粒流的多级旋扩桩承载特性宏细观研究[J]. 长江科学院院报， 2019， 36（11）：76-82.