广东某波形钢板通道桥静载评估分析

蒋昌锋

（广州市政府投资项目研究评审中心 广州510500）

0 引言

随着我国交通运输业发展，高速公路桥梁运营安全受到极大关注。由于交通量的大幅度增长、超载车辆治理不力及施工质量存在缺陷等原因，高速公路桥梁存在不同程度损伤。如何正确合理地评价桥梁使用性能和安全性能尤为重要，桥梁静载试验能较准确评价现役桥梁结构现有承载力及使用功能［1-3］。

1 工程概况

广梧高速某波形钢板通道桥位于广东省云浮市云安区境内，跨越县道X464，该桥梁拱圈跨径为10 m，高3.96 m，宽31.35 m，拱圈采用4段波纹钢板拼接而成，波纹钢板采用螺栓连接，拱圈上采用压缩性小、耐久性强的碎石回填，拱顶设计填土高度1.45 m。该桥桥面宽为24.54 m，桥梁设计荷载为公路-I级。桥梁示意图如图1所示。

图1 桥梁示意图Fig.1 Layout of the Bridge（cm）

为检验该波形钢板通道桥的工程质量，验证结构性能及承载力是否满足设计荷载的要求，依据桥梁特点，选择桥梁右幅进行了静载试验。

2 试验方案

本次试验方案主要根据交通部相关技术标准、设计规范及原设计资料等进行了编制［4-7］。对桥梁结构受力和边界约束条件等情况进行分析，借助有限元设计软件计算设计荷载作用下桥梁最大内力，并采用荷载等效方法模拟设计荷载作用下桥梁最大内力，确定试验荷载加载量的控制依据［8-13］。试验荷载加载采用逐级加载的方式，直至荷载效率系数达到相关规范的要求，对各级加载过程中关键截面的挠度、应变等指标进行实时观测。观测内容主要为：各级试验荷载作用下控制截面挠度、应变及卸载恢复情况，满荷载情况下结构整体性状况等。

2.1 测试内容及测点布置

根据桥梁特点，对桥梁进行偏载加载，选择Ⅰ-Ⅰ截面附近跨中位置为控制截面，试验工况为A-A截面正弯矩工况。A-A截面挠度及应变测点设置情况如图2所示。

图2 挠度、应变测点布置Fig.2 Layout of Deflection and Strain Measuring Points（m）

2.2 试验工况及加载轮位

本次静载试验按照荷载等效模拟的方法，计算得出结构在设计荷载作用下荷载效应，并根据控制截面内力影响线，计算得出试验所需的加载车辆数量及加载车辆的作用位置（即加载车辆的轮位）。本次模拟试验采用2辆重约250 kN的车辆进行偏载加载，经计算，A-A截面设计控制弯矩为1.24×104kN·m，理论计算试验弯矩为1.13×104kN·m，试验荷载效率η=0.91，满足文献［7］的要求（0.8＜η≤1.0），加载车辆如图3所示。

图3 试验加载车辆布置Fig.3 Layout of Test Load Vehicle（m）

3 试验结果分析

3.1 跨中最大正弯矩工况（A-A）挠度测试结果

经墩顶沉降变形修正后，桥面控制测点挠度结果如表1所示，各级荷载下桥面测点变形如图4所示。由实测结果显示，正弯矩工况满载作用下，4号测点实测最大弹性挠度值为-2.7 mm，理论计算挠度值为-4.3 mm，校验系数为0.63，无残余变形，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》［7］中的校验系数范围的要求。

图4 桥梁纵向整体挠度变形曲线Fig.4 Longitudinal Integral Deflection Curve of Bridge

表1 实测弹性挠度值与理论计算值对比Tab.1 Comparison of measured Elastic Deflection Value and Theoretical Calculation Value（mm）

由图5可知，满载时跨中实测挠度变形曲线线形与理论计算线形基本一致，实测值小于理论值，实际结构横向受力与理论分析值比较接近。由图6可知，各级加载情况下，4#测点实测挠度值均小于理论计算值，实测挠度变化曲线线形与理论计算线形比较接近。

图5 跨中实测挠度与理论值对比曲线Fig.5 Contrast Curve between Measured Deflection and Theoretical Value in Midspan

图6 4#测点挠度随荷载效率系数变化Fig.6 4#Deflection of Measuring Point Changes with Load Efficiency Coefficient

3.2 跨中最大正弯矩工况（A-A）应变测试结果

实测弹性应变值如表2所示，A-A截面实测最大弹性应变为37με，理论计算应变为52με，校验系数为0.71，相对残余应变为11%，满足文献［7］中校验系数范围的要求。

表2 实测应变与理论值对比Tab.2 Comparison of Measured Strain and Theoretical Value（με）

由图7可知，各级加载情况下，5#测点实测应变小于理论计算应变，实测变化曲线图线形与理论计算曲线线形比较接近。

图7 5#测点应变随荷载效率系数变化Fig.7 5#Strain of Measuring Point Changes with Load Efficiency Coefficient

4 结论及建议

本文通过对波形钢板通道桥进行现场原位静载试验，对桥梁结构的变形及应变等方面进行实测和分析，主要结论如下：

⑴试验荷载效率为0.91，满足文献［7］规定的要求，试验结果可用于评定。

⑵在正常使用荷载工况（设计汽车荷载）下，桥梁结构的变形、应变校验系数在0.65～0.81之间，即实测值小于理论计算值，且满足文献［7］的要求，结构处于线弹性受力状态，卸载后结构变形及应变恢复性能较好，桥梁结构在正常使用阶段的受力性能良好，且具备一定安全储备。

⑶经对波形钢板及螺栓进行巡查，试验过程中未发现有波形钢板屈曲、螺栓松动等情况，结构受力状况良好。

另外，根据该桥梁结构的受力特点，结构顶填土将荷载均匀传至波形钢板，波形钢板通过螺栓连接共同受力，波形钢板螺栓受力状况及结构顶路基边坡的稳定状况，对桥梁结构受力影响极大，建议加强连接螺栓的日常检测和巡查工作，并对结构顶路基边坡稳定性进行定期监测，确保螺栓连接牢固、结构顶面路基稳定，保证桥梁运营安全。