某公路桥静载试验与分析

□□ 祝 清

(湖南博联检测工程有限公司，湖南 常德 415000)

1 项目简介

为确保桥梁在正常营运时的使用安全，有必要对桥梁结构特性、工作状态等进行检测，综合分析判断该桥结构的承载能力与使用要求、设计标准是否相符。某公路桥位于道路K1+470处，河流走向与道路前进方向斜交，斜交角度为45°，河道垂直宽度约为60 m。该公路桥为主跨为4×30 m预应力混凝土连续箱梁，两侧设置裙板装饰的景观桥。全桥横向分为三部分：两侧的车行桥和中央的管线桥。桥全长为127.114 m，单幅桥横断面形式为：3.0 m的人行道、6.5 m的非机动车道与单位车辆进出车道、11.5 m的机动车道、0.5 m的防撞墙、0.5 m的花槽，共22 m。管线桥全长为120 m，桥宽为3.8 m。

主梁采用单箱五室截面，梁高为1.8 m，悬臂长为2.5 m。跨中箱梁顶板厚为22 cm，底板厚为20 cm，腹板厚为40 cm；根部加厚段顶板厚度逐渐过渡至45 cm，腹板厚度自40 cm逐渐过渡到60 cm。中横隔板厚为2.5 m，边横隔板为1.5 m。桥梁布置如图1和图2所示。

图1 桥梁照片

图2 立面布置图

2 静载试验

2.1 试验工况

试验前对全桥主梁外观进行检查[1]，最终选择左幅的第一、二孔作为此次静载试验的试验跨。工况及测试内容见表1。

表1 静载试验工况及测试内容

2.2 试验荷载

参照CJJ 11—2011《城市桥梁设计规范(2019年版)》[2]，该桥梁设计荷载为：汽车荷载取城市-A级；人群荷载取3.5 kN/m2。此次静载试验是通过加载车辆的方式开展，试验荷载按照静载效率系数换算得到，并考虑加载车辆的来源以及试验时加载车辆容易调头等因素[2-3]。

2.3 加载及卸载程序

(1)预加载。正式加载前，对试验桥跨进行预压，以消除非弹性变形的影响。

(2)加、卸载。分2级加载，加载速度≯5 km/h，然后2级卸载到零荷载。每施加一级荷载，持荷20 min，记录各测点变形及应变；当荷载加至最大试验荷载后，持荷30 min或梁体下挠≯0.1 mm/min，记录各测点的变形及应变，并检查梁体是否有裂缝产生。

(3)为了保证试验质量，荷载试验选择在气温变化在5 ℃以内和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行[4]。

2.4 试验终止条件

当试验过程中发生下列情况应中途停止加载[4-5]：

(1)控制测点应力、变形(或挠度)已达到或超过理论控制值时。

(2)桥梁结构裂缝长度或缝宽急剧增加，出现了大量新裂缝或缝宽超过允许值的裂缝大量增多时。

(3)桥梁沿跨长方向测得的变形曲线分布规律与理论计算结果相差过大时。

(4)发生其他影响桥梁承载能力或正常使用损坏时。

2.5 测点布置与观测方法

加载试验时，采用静态电阻应变仪测出各点的应变。应变测点布置于跨中截面梁的底面中心处。应变测点布置图如图3和图4所示。

图3 全桥主梁应变测试截面分布情况

图4 主梁截面应变测点

采用百分表对拱顶测点及L/4截面测点进行观测。变形测点布置如图5所示。

图5 左幅主梁变形测试截面分布情况

2.6 加载车辆布置

经计算静载试验需要装载后总轴重为400 kN的加载车4台，试验车辆轴距及轴重见表2。

表2 试验车辆轴距及轴重

依据设计资料及结构特点，采用桥梁结构有限元分析软件Midas/Civil 对结构进行弹性阶段分析，确定各工况下试验车辆分级加载顺序见表3。

表3 试验车辆分级加载顺序表

2.7 静力荷载效率

此次试验采用Midas有限元分析软件对该桥进行理论计算分析。各工况荷载效率系数见表4。

表4 静载试验效率系数表

由表4可知：1.05>ηq>0.85，符合JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》[3]要求。

3 静载试验数据处理及试验结果分析

3.1 各工况测试结果

3.1.1 工况Ⅰ测试结果

工况Ⅰ各级试验荷载作用下，跨中截面各测点应变测试结果见表5，各测点应变理论值与测量值对比如图6所示。

表5 工况Ⅰ跨中截面应变理论值与测量值

图6 工况Ⅰ各测点变形曲线

各测点变形测试结果见表6。

表6 工况Ⅰ变形测试结果 mm

3.1.2 工况Ⅱ测试结果

工况Ⅱ各级试验荷载作用下，跨中截面各测点应变测试结果见表7，各测点应变理论值与测量值对比如图7、图8所示。

表7 工况Ⅱ跨中截面应变理论值与测量值

图7 工况Ⅱ各测点变形曲线(第二跨)

图8 工况Ⅱ各测点变形曲线(第一跨)

各测点变形测试结果见表8。

表8 工况Ⅱ变形测试结果 mm

3.1.3 工况Ⅲ测试结果

工况Ⅲ各级试验荷载作用下，跨中截面各测点应变测试结果见表9，各测点应变理论值与测量值对比如图9所示。

表9 工况Ⅲ 跨中截面应变理论值与测量值

图9 工况Ⅲ 各测点变形曲线

各测点变形测试结果见表10。

表10 工况Ⅲ 变形测试结果 mm

3.2 结果分析

在此次静载试验中，在工况Ⅰ～Ⅲ各级荷载作用下，主梁的应变及变形测量值均小于理论值，且测量的分布规律与理论计算一致。该桥荷载试验的荷载试验效率为0.994～1.023，各测点相对参与变形最大值为18.2%，满足JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》试验结构校验系数<1.0和相对残余变形值<20%的要求。据此可以判定，各荷载工况下，应变及变形基本处于弹性变形范围之内，桥梁的安全储备足够。

4 结论

该桥测试跨荷载试验的试验结果及分析表明：

4.1 该桥荷校验系数满足JTG/T J21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》的要求，试验结果能够真实反映结构现有的技术状态。

4.2 该桥的应变测试结果与理论计算结果规律一致，且测试截面测点测量值均小于计算值。

4.3 该桥梁控制截面的变形均小于理论值。卸载后，残余变形小，结构处于弹性工作状态。