公路桥梁检测中荷载试验的应用

任书才

山西路桥集团第六工程有限公司六分公司 山西阳泉 045000

公路桥梁荷载试验是一种涉及面广、技术含量高、细致、复杂的工作。对于公路桥梁进行荷载试验，主要目的就是要评定已建桥梁在运营过程中的承载能力与新建桥梁的承载能力。针对公路桥梁的运营荷载等级，检测公路桥梁的受力性能能否满足设计要求是一种非常有效的评定方法。基于此，本文就公路桥梁检测中荷载试验的应用展开了探讨。

1 荷载试验简析

荷载试验是一种极为重要的公路桥梁检测方法，荷载试验具有显著的直观性、可靠性。在对旧桥梁进行检测评定过程中，如果进行荷载试验，应在状态不明确的条件来进行评定。目前，公路桥梁荷载试验大致包括静载试验、动载试验两种类型。其中，所谓静载试验，就是指将适量的静力荷载施加在公路桥梁上，对公路桥梁结构进行检测，并以此为重要依据，合理确定试验荷载对公路桥梁结构造成的影响，同时对公路桥梁的挠度、应变进行有效测定。在类似条件下，比较分析实测值与理论值，选取校验系数作为指标参数与衡量标准，对公路桥梁实际的承载力与具体状况进行科学评估。在对公路桥梁的实际承载力进行评定过程中，需要根据相关理论来进行有效计算，假如公路桥梁结构比较复杂，在这种情况下想，㔿建立科学的有限元模型。与模型计算结果相比，假如实际测量结果与其之间存在一定的差别，有关人员应及时修正有限元模型。

2 项目背景

此公路桥梁项目中主桥的长度是409.5m，引桥的长度是280m，主跨采用五跨一联结构（40m+3×50m×40m），同时从上行与下行方向以7.0m为间隔距离进行双向布设。上部结构设计的是预应力变截面连续箱梁单箱双室截面与垂直腹板结构，其中箱梁顶的宽度是16.5m，底板的宽度是10.5m，两侧均设置了挑臂（长度是2.75m），梁端与跨中的高度均是1.55m，中跨支座部位梁的高度是2.5m。腹板支座的宽度是76.5m，跨中宽度是42.5m，3块腹板均采用同尺寸进行设计。底板支座的厚度是33.5m，跨中厚度是23.5m，主要表现为线性变化。从箱梁的顶面建立单向横坡（其中坡率是2%），选择刚性扭转型式。此项目箱梁箱室中布设了预留孔，以便于进行后期检查与维修，箱梁结合纵向预应力体系进行设计，腹板预应力钢束则结合竖弯结构进行设计，第一个施工段采用双向张拉，余下的施工段都采用连接器完成连接张拉。顶板预应力钢束选择的是“直索+两端张拉”模式，底板采用齿板方式进行锚固。主桥的桥宽设计是刚性防护栏（宽度0.5m）+人行道（宽度是4.5m）+车行道（宽度是12.5m）+人行道（宽度是4.5m）+刚性防护栏（宽度是0.5m）。桥面结构设计是防水混凝土层（厚度是6.5cm）+SMA罩面层（厚度是5cm）。此公路桥梁项目设计的车速是60km/h，桥面的设计坡度必须≤3%，行车荷载是城-A级。

2.1 荷载试验

此公路桥梁项目实施荷载试验的核心目的是检测桥梁结构的受力状态与承载性能，然后确定桥梁结构受力状态是否满足规范要求，从而实现公路桥梁运行状态的评定，为公路桥梁运营监测与管理提供真实、有效依据。本文结合公路桥梁项目实际情况，严格按照《公路桥梁荷载试验规程》（JTGT-J21-01-2015）等相关规定要求实施桥梁静载与动载试验[1]。

2.2 静载试验

（1）试验荷载。此项目静载试验通过结合荷载效率系数实现最大荷载水平的有效确定，其中静载效率系数根据公式①进行确定。

公式（1）中，Sstat代表的是检测位置处于试验荷载状态下的相应内力变形数值；S代表的是检测位置处于设计荷载状态下的相应内力应变数值；δ代表的是动力系数设计数值[2]。本次桥梁结构静载试验中设计的荷载效率数值范围是0.8至1.05，同时试验荷载选择的是340kN汽车（数量是5台）与100kN汽车（数量是1台），以等效弯矩是设计弯矩最大值进行荷载具体部位的布设，最后计算得出的静载效率系数η见表1。

表1 静载弯矩和荷载效率系数

试验过程。此项目中桥梁变形挠度观测点主要是顺着桥跨的2侧L/4跨中与3L/4支点进行布设，全联一共包含了16个观测点，采用精密水准仪实现桥梁结构荷载挠度测量。而应力测点则是建立在跨中截面与墩支点截面，全联一共包含了25个测点，选择应变采集仪完成应力变量的精准测量。正式开始静载试验之前必须对加载汽车进行过磅称重，同时停在桥梁结构检测部位之外，当一切就绪才能够进场实施预加载，仔细、认真读取测量设备数值。在预加载车辆驶离检测桥梁结构部位之后，把测量仪器读数调整为零，然后进行第一次空载读数。当检测加载实施之后，一共布设了3个载位点，其中跨中截面采用的是3级加载，而跨中加载结束之后并不卸载，同时从墩支点截面位置进行加载（数量是2台340kN汽车），达到稳定并持续30min之后准确读取数值[3]。考虑到气温条件直接影响着静载试验结果，因此静载试验时间选择为22:00至6:00。

试验结果。此项目中静载试验结果见表2。通过分析可知，桥梁结构处于荷载状态下的截面挠度、应力应变试验数值都小于设计数值，同时最大挠度产生的残余变形、最大应变部位残余应变小于20%，所有试验检测结果都满足了规范要求。

表2 静载试验检测结果

注意事项。实施静载试验阶段需要确保桥梁结构稳定，同时试验阶段禁止影响结构稳定、安全，因此静载试验时应选择阶梯式加载模式，逐步有序增加汽车荷载，在满足设计荷载要求后及时停止加载，然后根据设计要求步骤以及时间完成卸荷。此项目静载试验阶段汽车的行驶速度≤5.0km/h，以保证静载试验检测结果的有效性与准确性。

2.3 动载试验

试验原理。从本质上分析，动载试验是指桥梁结构处于动载状态下的各参数变化测试，比如结构振动频率、振动幅度以及阻尼等相关参数，然后实现桥梁动力特点与承载力评价。相较于静载试验而言，动载试验并不需要观察测量载荷车辆实际位移量变化，从测点位置安装加速度以及振频传感器，实现桥梁结构状态变化的观测[4]。动载试验主要分为脉动试验、强迫试验，其中脉动试验必须长期观测与记录桥梁处于不同状态下的各项振动参数，同时实施波普分析。由于此项目任务比较重，允许的观测时间较短，因此桥梁结构动载试验采用强迫动载试验方式。

试验过程。基于零荷载状态下，以自然脉动模式实现桥梁振频、振幅与阻尼等相关参数测量。实施动载试验之前，从L/2中跨和L/2边跨等有关部位建立2个测点，选择专业速度传感器完成桥梁结构振频测量，认真、仔细记录各项数据，通过DASP动态信号软件计算得出具体试验结果[5]。动载试验阶段，选择100kN汽车（数量是1台）以30km/h、40km/h与50km/h速度行驶与刹车，然后分别测量桥梁结构振频、振幅与阻尼等相关参数。与此同时，选择100kN汽车（数量是1台）从15cm至20cm高处以自由下落方式朝向桥梁施加振动力，紧接着准确测量桥梁结构振频、振幅以及阻尼等各项参数。

试验结果。通过ANSYS模型与试验检测各项数据计算得出动载试验结果，其中边跨动载试验结果详见表3。根据动载试验结果可知，此桥梁动载试验的振型实际测量数值大于设计数值，则表明桥梁结构的动刚度实际数值比设计数值大，而且冲击系数符合规范要求。

表3 边跨动载试验结果

3 结语

本文以实际公路桥梁工程项目为例，分别从静载试验、动载试验方面研究了荷载试验在公路桥梁检测中的应用。实践表明，此公路桥梁结构的挠度、冲击系数以及应力应变等都满足规范要求，且桥梁结构的动力性能表现良好，因此仅需要对桥梁进行监测与管制，针对局部风化与损伤实施加固养护处理。