基于荷载试验的桥梁检测分析

邓洁，李晓林，曹峰

（1.长沙理工检测咨询有限责任公司，长沙 410000；2.新田县农村公路管理站，湖南 永州 425700）

1 引言

桥梁是公路、铁路工程的重要组成部分，是交通网络的关键节点，为保证桥梁工程的安全可靠使用，必须重视桥梁检测工作的落实，为工程结构质量评价提供可靠的实测数据。在桥梁检测应用的各种方法中，荷载试验必不可少，其可以准确分析桥梁结构的承载能力与安全性能，为桥梁后期运营与维修保养提供可靠保障。本文主要围绕桥梁检测中的荷载试验展开详细分析。

2 荷载试验的意义

荷载试验是桥梁结构工作状态最直接、可靠的检测方法，可直接反映桥梁整体的工作性能。桥梁荷载试验主要可分为两种：静载试验和动载试验。通过静载试验可以分析桥梁结构的强度和刚度；通过动载试验可以得到桥梁结构的自振特性和动力响应，包括移动车辆或其他荷载作用下桥梁指定断面的动应变、动挠度以及加速度[1]。

对于我国一部分已投入运营的桥梁，建设时间较早，运营期间受到各种外界因素的影响，加之很多资料已经无法查证，为实现对桥梁承载力、工作状态的有效评估，荷载试验是最合理的检测方法，其可给出一个科学的检定结论，为制订维护方案提供可靠依据；对于新建桥梁，荷载试验有利于确定桥梁成桥后的工作状态，保证桥梁的安全可靠运营[2]。

3 基于荷载试验的桥梁检测要点

桥梁荷载试验是一项复杂且细致的工作，要求从试验准备、制订试验方案到具体试验操作均要落实到位，工作人员需具备扎实的理论基础与丰富的现场经验，以获得真实可靠的试验数据。以下主要基于荷载试验的桥梁检测要点展开分析。

3.1 试验准备

1）明确荷载试验的目的、各测试项目，确定荷载试验需测得的各项指标和参数。

2）收集桥梁相关设计、施工资料，主要包括：设计计算书、设计图、竣工图、施工监理记录数据、日常养护维修资料等。

3）开展桥梁现状检查，全面掌握桥梁结构目前的工作状态与周边环境，具体检查内容见表1。

表1 桥梁现状检查内容

4）桥梁结构理论计算，采用有限元软件对实际试验加载状态进行模拟分析，根据模拟结果确定测试桥跨、控制截面、测点布设位置，保证试验工作顺利开展。

5）根据上述工作结果编制荷载试验方案，明确试验目的、方法、进度，并组织分工、确定终止试验条件，保证荷载试验的协调、安全完成[3]。

6）试验现场准备工作，包括测试人员组织、试验仪器准备。

3.2 试验操作

桥梁荷载试验的重点在于检测与观测。此阶段所有准备工作均已完成，现场试验人员需严格遵循试验步骤、程序进行分级加载试验，通过精密仪器记录或自动记录的方式记录桥梁结构在不同荷载作用下的受力性能指标。为了保证试验数据真实可靠，要求所有试验操作必须在指挥员现场的统一命令下开展，确保试验步骤统一，试验总指挥做好相关监督工作，例如，试验人员是否按规范操作；加载车辆或重物加载机械是否达到指定位置等[4]。实际试验操作时，可通过模拟荷载进行预演练，并对其变化情况进行记录，保证测试系统正常运行；完成必要时间节点信息、重要环节信息记录后，正式进行加载试验，试验过程中不断将结果数据与理论预测值进行比较，随时掌握偏差情况，由此判断试验数据是否可靠，能否开展下一阶段的荷载试验，并对桥梁结构是否安全、仪器设备是否正常进行检验，保证试验人员安全。

3.3 数据分析

完成桥梁荷载试验数据收集后，需对数据进行修正、调整，将明显突变数据剔除，并分析原因[5]。针对桥梁荷载试验数据，主要采用应力应变公式、结构荷载变形等理论进行分析，具体桥梁结构试验评价内容包括：

1）对比理论与实测数值变化，评价桥梁安全程度与剩余承载力，评估结构正常运行能力与储备值；

2）对比实测数值与规范设计值变化特征，分析结构工作状态与受力变形状态。在桥梁荷载数据分析时，初始数据资料整理需去粗取精，同时也要遵从初始资料的规律性，保证数据的完整性、客观性；完成数据分析后，按规定编制桥梁结构承载能力和结构安全性评估表和鉴定表[6]。

4 实例分析

4.1 工程概况

某桥梁工程为1 跨钢筋混凝土空心板梁，跨径12 m，两侧桥台长度为5 m，钢筋混凝土重力式桥台。此桥梁分为左、中、右三幅，其中，左右幅横向布置13 片板，中幅26 片板。桥面为沥青混凝土铺装，横断面布置为2.85 m（人行道+护栏）+10.8 m（辅路行车道）+1.4 m（隔离带）+12.3 m（主路行车道）+3.5 m（隔离带）+12.2 m（主路行车道）+1.5 m（隔离带）+11 m（辅路行车道）+2.45 m（人行道+护栏）。此桥梁于1994 年建成，设计荷载等级为汽车-超20 级，挂-120。

4.2 荷载试验

主要采取静力荷载试验方法测量桥梁结构静力试验荷载作用下的变形与应力，确定桥梁实际工作状态。

4.2.1 荷载试验测点布置

1）测试断面：此桥梁为1 跨简支体系结构，通过桥梁结构计算结果、外观缺损情况以及交通导改因素分析，决定主路、辅路测试断面选取跨中、两端支点断面。

2）挠度测点：选用位移计进行挠度量测，共计布置45 个测点，分别位于2#～16#片板梁两端支点、跨中截面。

3）应变测点：在板梁底板主筋粘贴钢筋应变片，配备DH3815 静态应变测试系统。根据模型理论计算结果（有限元数值分析法），将应变片布置在各工况荷载作用下应变、挠度最大板梁处，共计布置18 片，分别位于4#、5#、6#、8#、9#、12#、13#～15#板梁跨中截面，主筋上布置两片应变片。

4）裂缝观测：5#、9#、13#板梁底面选择1 条横向裂缝设置裂缝引伸计，观测各工况加载过程中裂缝的发展情况。

4.2.2 荷载试验加载车辆

此桥梁选用3 辆400 kN（40 t）三轴载重车，试验车主要技术指标见表3 和图1。

表3 荷载试验车辆参数

图1 荷载试验车辆示意图

4.2.3 车辆加载布置

此桥梁分为3 种加载工况，具体见表4。

表4 各加载工况车辆加载布置方案

4.3 静载试验结果与承载能力评定

4.3.1 静载试验结果

1）实测挠度：此桥梁在工况1～3 作用下，实测跨中截面挠度小于理论计算值，工况1、2、3 满载时，实测挠度结构校验系数分别为0.223～0.365、0.166～0.240、0.198～0.241，梁体相对残余变位均低于规范20%。

2）实测应变：此桥梁在工况1～3 作用下，实测截面应变小于理论计算值，校验系数为0.760～0.919，虽符合要求，但已接近1；各工况下梁体相对残余变形均低于规范20%，其中，1#～13#板接近20%。

3）裂缝观测：此桥梁在工况1～3 加载过程中，对1#～5#板、1#～9#板、1#～13#板跨中截面裂缝进行观测。观测结果显示，加载时板底裂缝拓展明显，卸载后部分裂缝宽度略有残留，闭合宽度占拓展宽度的50%～80%，

工况1 时的1～13#板以及工况2 时的1#～9#板的闭合宽度＜2/3，不符合规范要求。

4.3.2 承载能力评定

综合静载试验与承载能力评定结果，判断桥梁承载能力无法满足荷载标准汽车-超20 级要求，必须进行加固处理。

5 结语

综上所述，通过荷载试验可进行桥梁结构检测与性能评估，明确桥梁真实状态，发现桥梁问题与隐患，为桥梁后续养护管理提供可靠参考。桥梁荷载试验时，需明确试验目的、全面收集桥梁资料，科学制订加载测试方案，保证桥梁检测结果真实可靠，为桥梁承载能力评价提供可靠数据，以此制定针对性的维护加固策略，实现桥梁安全运营。