桥梁承载能力静载评估办法研究

邱晓晨

（广东中惠工程检测科技有限公司，广东 惠州 516000）

1 桥梁承载能力静载评估的方法基础

在桥梁部位施加竖向压力（静置重物），观测桥梁随时间推移所产生的变化，包括桥梁应力、应变以及挠度等相关项目，以确定桥梁抗压承载力和稳定性，尤其可以掌握桥梁在最不利载荷条件下的应变、载荷效率、实测值计算与理论值对比等相关情况，进而分析桥梁的整体刚度、截面挠度等表现。

载荷试验相对复杂，需要提前做好试验安排和准备工作。试验前须拟定试验清单，其中包括试验的步骤、需要的材料、人员、工具以及试验记录的项目等，根据清单准备相关物品、组织人力，在安排试验人员时应在预期标准人员数的基础上再增加一定的富余人员，将试验任务落实到人，做到分工协作。

试验时先在对应测点处进行标记，安排加载汽车和相关人员、全站仪和精密水准仪等设备到位，加载汽车设备需要过磅，精准控制质量；安排加载车在桥面缓慢前进进行预压，试验仪表进行读数调零，记录环境数值和桥梁初始数值；采用分级加载办法，逐级记录相关数据，直至点位满载；加载汽车在驶至预定位置后，在满载稳定15 min后进行首次测试读数，然后10 min进行二次读数，以后每10 min为间隔进行多次读数，至当次读数数值小于上次读数数值变量10%的，可判定结构形变趋于稳定，则本次读数为最终实测数值；对受测点位进行一次重物卸载，20 min后进行应变观测，至应变数据稳定时进行挠度测量。每次记录测量数据时，应同步记录实时气温。

2 桥梁承载能力评估静载试验要点

在静载试验中，需要对现场进行封闭管理，预加载环节必须处理得当，消除结构的非弹性变形。为了保证结构变形的限度，施加载荷之后需要静置观察一段时间，确保在预定载荷下结构变形稳定后再进行读数，且受到响应温度等客观环境条件对测量结果的影响，等待时间一般应控制在10 min左右，最后一次测量读数结束后，必须要进行结构变形恢复测量。在静载试验中进行观测，不同载荷条件下的数值是否存在问题需要精确判断，一般情况下实测值超出理论数值或标准数值120%以上时，结构可能会遭受严重损坏，此时需要紧急暂停加载，并进行全面检查和分析。

在数据处理时，强度校验系数计算基础公式见式（1）。

式中：k为强度校验系数；σ为应力的实测差值；σ为应力的理论差值，且当k≥1时受测桥梁结构与设计要求不符。

刚度校验系数计算基础公式见式（2）。

式中：k为刚度校验系数；δ为挠度实测值；δ为挠度理论值，且当k≥1时，受测桥梁结构与设计要求不符。

在最不利的应力载荷下，应对桥梁的外观进行观测，查看是否存在开裂情况。

3 桥梁承载能力静载评估实践

3.1 评估实践方案

省道S353线龙门至水贝段改建工程，金山互通G匝道桥，起止桩号如下：起点桩号GK0+280.779，终点桩号GK0+569.379。设计时速 40 km/h， 桥梁设计荷载为公路—I级，设计使用年限100年，地震基本烈度方面，地震峰值加速度 0.005 g，特征周期为0.035 s，Ⅵ度区，按Ⅶ度防设，G匝道桥跨径组合为（4×25）m+（4×25）m+（4×25）m+（28+30+25）m预应力现浇连续箱梁。

根据试验跨的结构受力特点，第一联连续梁选取边跨及中跨进行静载试验，测试断面描述及测试项目见表1，各跨测试断面位置示意如图1所示。

图1 测试断面位置示意图

表1 测试断面及测试项目

该静载试验荷载拟采用4辆（每辆总重约45 t）的三轴载重货车，货车左右轮距1.8 m，前轮与后前轮距3.5 m，后前轮与后轮距1.4 m。该静载试验主要是检验桥梁在接近期望荷载的基本试验荷载作用下桥梁的变形及主要受力构件的应力状态，也称基本静载试验，一般要求试验荷载在结构主要控制断面上所产生的效应与期望荷载所产生的相应效应接近，其接近程度采用试验荷载效率系数η表示，见式（3）。

式中：η为静力试验荷载效率系数，S为静力试验荷载作用下控制断面内力计算值，为期望荷载作用下控制断面最不利内力计算值（不计冲击系数），为按规范采用的冲击系数。

该静载试验桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级，理论计算采用midas civil 2019 桥梁计算软件建立试验联模型进行计算，上部结构主梁静载试验效率系数见表2，且该静载试验效率系数为0.95~0.99，满足桥梁试验相关规程规定的静载试验效率系数宜介于0.85~1.05的要求。

表2 桥梁静载试验效率系数

通过理论计算得到各测试断面活载影响线，并由各测试断面影响线按照荷载效应等效及最不利布载原则进行加载车载位布置。桥梁在汽车荷载作用下，偏载工况车辆布置横断面如图2所示，每个工况分为四级加载，按设计车辆位置依次加载。

图2 偏载作用下加载车横向布置示意图（单位：mm）

3.2 评估优化思考

通过结构计算获取桥梁承载能力的评估依据，除试验过程中自带因素之外，关键受到桥梁结构组成和特点的影响，因此桥梁承载能力评估优化应注重结构计算时桥梁自有属性和特点下的影响规避和参数修正，主要内容如下。1）桥面铺装。铺装层增加了桥梁截面的高度和横向联系，受铺装规格的影响截面参数会发生不同程度的变化，尤以截面惯性矩的增加幅度最大。根据相关规定，混凝土桥面铺装与梁体结合较好，且缺损状况评定标度小于3时，可考虑桥面铺装参与受力，但同时应扣除表面2 cm的磨耗层。2）截面钢筋。理论上对不开裂的结构应采取毛截面特征，开裂结构则采取换算几何特性，但桥梁的实际情况在调查期间客观存在偏差性，在具体计算过程中应进行理性考量。在现有的载荷计算中，常用的修正方法如下：1）以配筋率为基础对桥梁主体结构弹性模量进行计算。2）以钢筋的作用为基础进行桥梁截面惯性矩的计算。以配筋率为关键指标建立的计算见公式（4）。

3.3 试验结果

校验系数。根据规定对试验值和分析值进行对比，作为结构整体受力性能的评价依据，见公式（5）。

式中：为校验系数，S为试验荷载作用下主要侧点实测的弹性变位或应变值，S试验荷载作用下主要侧点的理论计算变位或应变值。且≤1，否则判定桥梁承载能力不满足要求。

温度影响修正，见公式（6）。

式中：为温度修正后的测点加载测值变化，为温度修正后的测点加载测值变化，Δ为相应于观测时间段内的温度变化（℃）。对应变宜采用构件表面温度，对挠度宜采用气温，K为空载时温度上升1 ℃时测点测值变化量。

各测点变位（挠度、位移、沉降）与应变的计算，如公式（7）~公式（9）所示。

式中：S为加载前测值，为加载达到稳定时测值，S为卸载达到稳定时测值。

引入相对残余变位（或位移）的概念描述结构整体或局部进入塑性工作状态的程度。相对残余变位（或应变）计算见公式（10）。

式中：S'为相对残余变位（或应变）。

主要测试 G匝道桥第4跨最大正弯矩断面应变和挠度测试情况、3#桥墩支点最大负弯矩断面应变测试情况以及支点沉降情况，测量结果对例如图3所示。

图3 工况1第4跨跨中断面（1-1断面）应变测点实测值与理论值对比图

第4跨跨中截面应变测试。连续梁桥应变校验系数，应满足不大于1的要求。而实际的应变校验系数最大为0.82，均小于1.0，满足要求。相对残余应变S'最大为9.2%，小于容许值20%，满足要求。3#桥墩支点断面应变测试。连续梁桥应变校验系数，应满足不大于1的要求。而实际的应变校验系数最大为0.87，均小于1.0，满足要求。相对残余应变S'最大为10.0%，小于容许值20%，满足要求。第4跨跨中截面挠度测试。连续梁桥挠度校验系数，应满足不大于1的要求。而实际的挠度校验系数最大为0.82，均小于1.0，满足要求。 相对残余变位S'最大为2.8%，小于容许值20%，满足要求。

主要测试G匝道桥第3跨最大正弯矩断面应变和挠度测试情况以及支点沉降情况：第3跨跨中截面应变测试。连续梁桥应变校验系数，应满足不大于1的要求。而实际的应变校验系数最大为0.79，均小于1.0，满足要求。相对残余应变S'最大为5.8%，小于容许值20%，满足要求。第3跨跨中截面挠度测试。简支钢板梁桥挠度校验系数，应满足不大于1的要求。而实际的挠度校验系数最大为0.82，均小于1.0，满足要求。相对残余变位S'最大为 3.2%，小于容许值20%，满足要求，如图4所示。

图4 工况2第3跨跨中断面（3-3断面）挠度测点实测值与理论值对比图

对省道S353线龙门至水贝段改建工程G匝道第1联第3跨、第4跨进行荷载试验，采用的荷载效率系数控制在0.85~1.05，进行荷载试验和理论分析计算，对其整体受力性能按照相关评定规程的规定综合评定结论如下。

各试验跨在相应静载试验工况下，应变、挠度的校验系数均小于1.0，满足要求。各试验跨控制截面各测点在相应静载试验工况下相对残余变位（或应力）均小于20%，表明该桥各试验跨在试验荷载作用下，处于弹性工作阶段内。在静载试验期间，该桥左幅第3跨、第4跨均未发现可见结构裂缝，满足要求。

4 结语

在桥梁承载能力评估过程中，需要做好相关数据信息的搜集工作，奠定评估基础，同时应综合考虑评估结果的影响因素，包括试验过程中的操作细节、人员素养以及桥梁结构或材料等，充分结合相关技术要求，提升评估精准度。