桥梁荷载试验的研究

吴英兰

【摘要】桥梁定期检查中需进一步判明其缺损状况、承载能力的桥梁需进行现场桥梁荷载试验检测、验算及分析，以确保桥梁的使用安全。

【关键词】技术状况;特殊检查;荷载试验;承载能力

一直以来，桥梁的突然断裂、垮塌等各种事故给人员、车辆的安全及经济均带来了巨大的损失，社会影响极大，现役桥梁的安全一直是关注的重点。现对桥梁的现场荷载试验进行初步的研究，为检验桥梁是否具备足够的承载能力储备提供一定的技术支持。

1、现场荷载试验注意事项

1.1试验桥孔选择

桥梁试验桥孔应具有受力性能的代表性，即结构受力最不利、技术状况较差、损失缺陷突出的桥孔。

简支结构桥梁不同跨径可各选取一跨;连续结构的桥梁不同跨径组合各一联。

1.2试验环境的特殊需求

高温、强光、强风、大浪、高湿度会影响试验的实施，现场荷载试验应避开极端天气，选择天气条件较平稳的时段进行。

冲击、振动、强磁场会干扰试验的结果，现场荷载试验应避免该干扰时段。

为得到真实有效的测试数据，现场荷载试验应在封闭交通状态下实施。

考虑道路交通实际运营情况，减少因封闭交通带来的经济损失及社会影响，现场荷载试验可尽量选择温度波动较小的夜间进行。

2、桥梁静载试验

以某特大桥（23x20+14x30+29x20）为例，简要介绍该桥梁静载试验的实施过程。

该桥修建于1975年，20m和30m跨径均为简支结构。后期荷载等级提高20m新建连续结构，30m简支转换为连续结构。

2.1测试截面选择

测试截面按最不利受力原则选取。

简支结构桥梁选取20m、30m各一跨，测试截面选取跨中最大正弯矩截面、L/4处最不利弯剪组合截面、支点最大剪力截面。

连续结构桥梁，选取20m跨径、30m跨径各三孔一联，测试截面选取主跨中支点截面（最大负弯矩）、主跨最大弯矩截面、边跨最大弯矩截面、边跨边支点最大剪力截面。

对于既有桥梁，根据桥梁的实际状况，结构损伤部位应增加测试截面。

2.2试验工况

桥梁设计一般由最不利工况（偏载）控制的，为了使桥梁实际的内力分布更贴合于设计状态，采用偏载试验工况。考虑桥梁的实际运营过程，中载试验工况亦应考虑。

2.3测试内容

应力（应变）的观测主要针对测试截面的受拉或受压区，沿测试控制截面高度或横向位置布置测点，通过测点的应力测试反应结构受力的状况。

简支结构测试内容：跨中截面挠度和应力（应变）、支点沉降、混凝土梁体裂缝、支点斜截面应力（应变）。

连续结构测试内容：主跨最大正弯矩截面应力（应变）和挠度、边跨最大正弯矩截面应力（应变）和挠度、支点沉降、混凝土梁体裂缝、主跨支点斜截面应力（应变）。

2.4有限元计算

在静载试验之前，需采用桥梁专用有限元程序MIDAS建模，对桥梁结构进行计算分析。计算桥梁在各荷载组合作用下的轴力、弯矩、应力及位移包络图，根据包络图确定桥梁的最不利截面，同时选取受力复杂的截面，并将这些截面作为控制截面。计算出各控制截面的内力影响线，并进行静力加載计算，给出加载轮位布置图，作为静载试验加载依据。

计算荷载：简支结构采用原设计荷载汽车-20级，挂车-100;连续结构采用提级后公路-Ⅰ级。

横向分布系数：跨中采用刚性横梁法计算，支点附近采用杠杆法计算。

冲击系数：按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》取用。

2.5桥梁检算

对于既有桥梁经过多年的实际运营，桥梁结构存在损伤现象，应根据桥梁的实际情况，对桥梁结构的抗力进行折减，承载能力检算系数、承载能力恶化系数、截面折减系数、钢筋截面折减系数及活载影响系数按《公路桥梁承载能力检测评定规程》取用。

试验加载效率：按照公路桥梁荷载试验规程要求，取用0.95～1.05。

综合考虑桥梁构件表观缺损状况、材质强度和桥梁结构自振频率确定构件承载能力检算系数评定标度 D，然后根据承载能力检算系数评定标度得出检算系数 Z1。

简支结构：20mT梁（1.02），30mT梁（1.13）。

连续结构：20mT梁（1.07），30mT梁（1.07）。

承载能力恶化系数考虑了构件缺损状况、钢筋锈蚀电位、混凝土电阻率、钢筋保护层厚度、氯离子含量以及混凝土强度和碳化状况等影响因素，并综合环境条件（本桥取干、湿交替，冻，无侵蚀性介质）加以确定。

简支结构：20mT梁（0.107），30mT梁（0.086）。

连续结构：20mT梁（0.0），30mT梁（0.068）。

综合考虑材料风化、碳化、物理与化学损伤三项检测指标的评定标度，得出截面损伤的综合评定标度 R，最终确定截面折减系数ξc。

简支结构：20mT梁（0.98），30mT梁（0.98）。

连续结构：20mT梁（1.00），30mT梁（0.991）。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，原桥简支T梁裂缝宽度小于限值，所以简支结构20m、30mT梁钢筋截面折减系数ξs均取0.98。改建后该桥T梁局部钢筋锈胀，引起砼剥落，因此连续结构20m、30mT梁钢筋截面折减系数ξs=0.99。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，简支结构荷载试验检测时，交通量影响修正系数 ξq1=1.0;大吨位车辆混入影响修正系数ξq2=1.027;轴荷分布影响修正系数保守按ξq3=1.16 计算;综上，活载影响修正系数ξq=1.06。

根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》，连续结构荷载试验检测时，交通量影响修正系数ξq1=1.0;大吨位车辆混入率为 0.27，大吨位车辆混入影响修正系数ξq2=1.0;轴荷分布影响修正系数按ξq3=1.0 计算;综上，活载影响修正系数ξq=1.0。

2.6桥梁承载能力评估

以中梁为例（计算结果边梁数值略小于中梁）。

简支结构承载能力计算结果表：

连续结构承载能力计算结果表：

以上计算表明，上部简支结构 20mT 梁在持久状况承载能力极限状态下跨中正截面抗弯及支点附近斜截面抗剪承载能力不满足原设计荷载等级的要求;简支结构 30mT 梁、连续结构20m、30m预应力混凝土 T 梁在持久状况承载能力极限状态下跨中正截面抗弯及支点附近斜截面抗剪承载能力均满足各自的设计荷载等级的要求。

2.7检测结论

根据承载能力的检测结果，我们可以明确的对桥梁结构的实际使用状况进行判断，从而对桥梁结构后续使用或改建提出合理性建议。如上述结果，简支结构20m跨径桥梁明显不能继续使用，改建为20m连续结构，30m结构加固并进行结构体系转换。检测数据表明，改建后的20m、30m跨径均满足承载能力要求，可继续使用。

结语：

目前，桥梁的运营过程中重车超载现象屡禁不止，公路桥梁中的危桥数量也不可能完全消除，这些都不可避免的给桥梁整体安全带来极大的安全隐患。因此及时的了解桥梁结构的实际工作状况，从根本上杜绝桥梁的突然破坏，减少社会影响及经济损失，桥梁荷载试验具有重大的意义。

参考文献：

[1]JTG/TH21-2011公路桥梁技术状况评定标准 北京：人民交通出版社.2011

[2]JTG/TJ21-01-2015公路桥梁荷载试验规程 北京：人民交通出版社.2016

[3]JTG3362-2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 北京：人民交通出版社.2004

[4]JTGD60-2015公路桥涵设计通用规范 北京：人民交通出版社.2015

[5]JTG/TJ21-2011公路桥梁承载能力检测评定规程 北京：人民交通出版社.2011