桥梁检测工作中的静载试验方法

许晓建 张保胜

中咨公路养护检测技术有限公司

1 引言

随着我国公路建设的发展，各种桥梁的建设也逐渐增加，每年都有大批结构新颖、形式多样的桥梁建成，其安全性也不断得到关注。为了确保桥梁的安全性和耐久性，必须对新建桥梁和运营桥梁进行检测，如桥梁的沉降值、裂缝大小、质量缺陷等，客观、准确地评价桥梁的健康状况。

2 桥梁静载试验目的和意义

桥梁静载试验是指在桥梁的指定位置上增加荷载，再检测桥梁的结构和运行状态，得出静荷载对桥梁的影响情况，进而评价桥梁的健康状况[1]。

2.1 对新建桥梁进行鉴定

需要采用静载试验综合检测新建桥梁，通过检测数据与设计参数的对比分析可以判断桥梁的施工质量是否达到验收标准。新建桥梁的静载试验数据可供桥梁管理部门使用，方便日后的管理与养护工作。通过桥梁的静载试验实现了对新建桥梁的客观评价。

2.2 对运营中桥梁进行鉴定

我国交通网络中早期建设的桥梁运营时间较长，受当时施工条件的限制，其承载能力能否满足目前的通行需求需要考究。通过静载试验，桥梁管理运维部门根据检测结果判断桥梁的承载能力，对于不满足使用要求的可以通过加固、改建等措施改造。通过定期的静载试验评定桥梁的综合状况，预防安全事故[2]。

3 静载试验方法的内容和要点

3.1 静载试验内容

静载试验主要是评估和确定桥梁的承载力和工作状态。主要包括以下项目。

（1）挠度变形指标。测量桥梁的横向和纵向挠度，通过逐级加载静荷载检测控制截面梁的挠度变形。同时需要在支点位置布置测点，确保测量的准确性。

（2）应力指标。主要检测桥梁各控制截面的应力分布状态，通过逐级加载静荷载检测并记录控制截面的应力分布和应力大小。特殊截面需要对其剪应力进行应力分析。

（3）裂缝检测。在静荷载加载过程中，需要记录梁体表面的裂缝发展情况，包括原有裂缝的开展和新裂缝的产生。对于预应力结构，结构裂隙是不允许出现的。

（4）其他参数。静荷载加载并卸载完成后，需要记录分析测点的挠度和应力残余值。同时桥梁的伸缩、转角和位移等也是检测的重点。

3.2 静载试验要点

静载试验是一项资源占用较大的试验，在试验过程中需要把控试验要点，确保一次完成，试验过程中应注意以下要点：

（1）观察记录严谨。在读数时必须严谨仔细，保证数据的准确性。且每次读数需要等加载稳定后方可开始，避免应力和变形延迟导致的数据偏差情况。

（2）分级加载。静载试验需按照试验要求分级加载，切忌不可缩短加载次数或一次加载到位。

（3）规范裂缝记录程序。在静载试验加载前需标记和记录原有裂隙（如位置、宽度、长度等），分级加载后要标记新的裂缝，观测标记人员要保持唯一性，不可随意替换[3]。

（4）控制测试时间。在分级加载试验中，每次加载的稳定时间必须保持在5min以上，加载过程要时刻观察测试数据和桥梁的变化，如果加载过程中出现的异常情况应立即停止并分析原因、采取措施。

（5）观测数据校验。要针对应变和挠度检测数据要进行数据校验，校验系数不可超过1。分析数据异常点和突变点产生的原因。控制残余应力和残余挠度的残余量不大于规范值的20%。

4 静载试验检测方法

桥梁的静载试验按照试验流程可分为检测前准备阶段、检测加载和观测阶段、测试结果分析评价阶段[4]。

4.1 测试前准备阶段

（1）编制试验方案。在编制静载试验方案之前需要现场踏勘，调查桥梁的结构。试验方案一般包括工程概况、试验目的、试验内容及方法、检测人员及设备、侧测点布置、试验过程及试验结果分析等。

（2）科学计算与分析。在试验方案编制完成后，按照设计要求并借助专业的桥梁分析软件（如Midas或桥梁博士）进行结构计算和分析。比较不同荷载作用下桥梁的应变和位移值和产生的位置。

（3）选定试验工况及截面。荷载工况也是静载试验的一部分，选择最不利荷载工况能够直接反应结构的实际变形与设计状态的差别[5]。对于边梁，考虑结构的对称性需增加横向偏载工况；如果构件已出现受力裂缝，需增加中、偏荷载工况。一般加载截面选定应依照计算的弯矩包络图、剪力包络图或挠度的包络图，按照最不利原则选择截面，确定具体的试验工法。表1为常见桥梁的加载试验截面及内容。

表1常见桥梁加载试验截面及内容

（4）测点布置。一般截面的应力应变测点需要考虑高度和宽度两个方向的受力来布置；位移测点应能够得出最大值和位移变化规律；对于特殊的测点如索塔的偏位移测试则需要考虑三个方向位移。

4.2 加载与观测阶段

（1）选择负载试验对象。在实际操作开始之前，为了保证试验效果，要合理选择静力加载对象，确保所选对象具备代表性。具有相同结构类型而拥有不同跨度的，则选择跨度最大的一跨进行负载试验。对于预制桥梁，则强调试验的随机性，选择抽样试验的方式。对于试验墩台，选择受力状态最不利、状态最差的位置。

（2）制定静力加载方案。加载方案在静载试验中发挥决定性作用，包括加载设备、加载荷载量、加载持续时间和卸载程序等。加载设备主要有重物和加载车辆，重物通常有水箱、沙袋和预制混凝土件等，方便逐级加载，以满足不同的加载需求，主要应用于桩基承载力静载试验。车辆装载试验主要应用于成桥静载试验，同时保证荷载和轴距误差控制在5%以下。在确定加载量、加载时间和卸载程序时应根据荷载总量采用分级加载的形式，确保应力应变曲线保持连续，通常分级荷载不小于四级。在加卸载试验中做好监控工作，及时发现问题，避免影响试验结果。为了减小温度对桥梁静载试验结果的影响，通常选择晚上22点到早上6点，这样也可将对交通的影响降到最低。

（3）确定具体的观察内容。静载试验中观测的主要内容为变形、应力、裂缝、倾斜、制作墩台等情况。变形主要是梁的挠度和各种非竖向位移等，整体变形反映了桥梁的整体性能，局部变形则反映了桥梁构件的局部情况。

（4）布置静载试验测点。为保证试验结果的可靠性，按照适量的原则布置，利用结构的对称性和结构互等原理减少测点布置，避免过度布置造成资源浪费。同时测点的选择需要具有代表性和易观测性，考虑检测技术的可实现性。

（5）合理选择试验仪器和试验观测人员。当前常用的仪器有刻度放大镜、位移计、应变片、静态应变仪等。仪器的测量精度需满足试验需求，并适合检测环境。此外，在测定同一参数时尽量选择统一型号仪器，减小仪器带来的系统误差。提前组织人员进行技术交底，同一组数据尽量由同一人观测记录，以减少观测误差。

4.3 分析与总结阶段

（1）检测数据核查。静载试验结束后进入数据整理和信息核查阶段。试验人员根据规范和技术准则仔细核查试验结果，确保试验数据的准确性，并及时输出数据记录和检测报告，判断桥梁结构是否存在问题，薄弱环节需派专人进行检查。

（2）静载试验结果分析。在静载试验结束后，对比测试数据与理论计算数据，得到桥梁的承载数据。桥梁工程中常采用校验系数η来评判桥梁的情况。校验系数是检测值与理论计算值的比值。当校验系数η=1时，表示实测值与计算值完全吻合；当校验系数η＜1时，表明检测桥梁具有良好的性能，结构安全性可靠；当校验系数η＞1时，说明测试桥梁不符合标准，桥梁结构安全性不满足要求。此外，校验系数也不能偏小，原因是桥梁结构计算简化过度，忽略了桥梁自重。例如常见的公路桥梁，常采用表2中的校验系数。

表2常见桥梁校验系数

（3）残余数值分析。处于完全弹性变形内的结构其静力荷载卸载完成后不存在残余应力（应变）。当试验残余数值越小，表明桥梁的工作状态越好，相反桥梁可能发生塑性变形较大，部分变形无法恢复，桥梁可能发生了破坏。常见的桥梁静载试验其残余应变的数值应≤20%。若出现较大残余应变则需要对桥梁全面检查，判断桥梁的损坏情况。

5 结束语

综上所述，静载试验是桥梁检测中最常用的方法，能够检测出桥梁的承载能力和结构性能，综合判断桥梁的健康状况，为桥梁的维护管理提供有力参考。本文从桥梁静载试验目的和意义出发，分三个阶段详细总结了桥梁静载试验方法和内容。检测技术人员应从整体上把控静载试验的关键内容，及时发现桥梁的隐患，保障桥梁的正常运营。