基于荷载试验的连续肋板桥承载能力评定分析

摘要 随着国民经济快速增长，城市之间的运输交流不断增多，然而桥梁作为交通网络主要组成部分，其质量关系到整条交通线路运营的效率，同时也关系到出行的大众财产安全和生命安全。为了确保桥梁正常运营，必须定期或不定期对其承载能力及安全问题进行荷载试验，及时了解桥梁结构实际情况，保证桥梁的安全和耐久性。文章以某立交桥为例，通过荷载试验技术的应用对该类桥进行检测评定分析研究，及时了解该类桥的承载能力，并通过对试验结果分析，更好地掌握该类桥的运营现状，为后期的加固提供技术支撑，供类似工程参考。

关键词 荷载试验;承载能力评定;横向分布系数

中图分类号 U446 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）06-0169-03

引言

随着城市化进程不断推进，交通量也随之增加，车辆的载重能力也越来越大，同时桥梁各类配套设施由于长期运营及自然环境影响出现了侵蚀，对桥梁荷载能力带来较为不利的影响，极大地影响了正常运输与人们出行。因此，须对桥梁结构进行荷载试验工作，保证其良好的使用性能[1]。

1 桥梁概况

某肋板式桥梁位于海口市，建成于1994年，桥梁全长103.4 m，跨径组合为（12.22+4×17+12.22）m的连续板梁。该桥桥面双向通行，上部结构为整体结构，未分幅，桥面布置为：（0.5+11.0+1.0+11.0+0.5）m，双向六车道。上部结构采用（12.22+4×17+12.22）m的连续梁肋板结构，主梁高60 cm，共设置11个混凝土肋，肋宽100 cm，在全部墩台顶处设置横梁，在17 m跨主梁跨中设置横梁。全桥结构共设置一联，仅在主梁与桥台间设置伸缩装置。施工采用支架现浇钢筋混凝土。下部结构中，0#、6#孔采用U型台结构，桥墩均采用多柱墩;0#台、1#墩、2#墩采用钻孔灌注桩基础，其他墩台采用明挖扩大基础。

2 荷载试验设计

该桥经过外观检测得知，全桥桥面铺装缺损较为严重，铺装普遍磨损严重、粗集料外露，同时存在多处横向、纵桥向或网状开裂，部分区域大面积坑槽;搭板处路面存在跳车现象，台后路面多处横向开裂。此外，该桥桥台伸缩缝锚固混凝土破损严重。其中6个支座存在开裂现象，多个支座发现砂石填埋。下部结构整体状况良好，0#台台帽存在1条竖向裂缝，缝宽0.18 mm，缝深2.3 cm，为表面裂缝，个别构件局部破损。基于检测结果的现状条件下进行桥梁承载能力评估，并根据承载能力评估结果进行荷载试验验证[2]。

2.1 测试截面及测点布置

2.1.1 模型计算

采用桥梁结构计算分析专用程序Midas/Civil对主桥上部结构建立结构离散模型，为考虑该桥的横向效应，将主梁采用梁格法进行离散，共划分了759个节点，1 418个单元的计算几何模型。

活载作用下的弯矩包络图见图1所示，挠度图见图2所示。

2.1.2 测试截面与测点布置

根据肋板梁的受力特点，选取如图3所示的L/2截面（1-1、3-3、6-6）及L/4截面（2-2、5-5）作为应变及挠度的主要测试截面，选择墩顶附近截面（4-4）作为应变的主要测试截面。

2.2 试验荷载及加载试验效率

根据《城市桥梁检测与评定技术规范》（CJJ/T 233—2015）的建议，静力试验荷载的效率宜为1.05≥η ≥ 0.95[3]。

静力荷载试验效率：

式中：Sstat——在静力试验的实际工况荷载作用下，控制截面的最大内力或变位计算值;

Sk——控制荷载作用下，控制截面的最大内力或变位计算值;

μ——设计冲击系数;

ηs——静力试验荷载效率。

该桥设计荷载为汽车-超20级，挂车120，荷载试验中采用等效荷载进行加载，试验中加载车辆选用同一型载重汽车，总重350 kN（前轴重70 kN，中后轴重140 kN，前中轴距350 cm，中后轴距135 cm）。

3 荷载试验结果分析

3.1 挠度及应变实测数据分析

（1）通过荷载工况作用下对截面实测挠度与理论值的比较可以得知，某肋板式桥梁各测试控制截面在试验荷载作用下挠度、应变实测值均小于理论计算值，校验系数小于1.0，表明上部结构刚度、强度满足设计荷载要求。

（2）某肋板式桥梁各测试控制截面在试验荷载作用下相对残余挠度小于20%（最大14.10%），说明桥梁基本处于弹性工作状态，具有良好的弹性恢复能力。

3.2 横向分布性能分析

在荷载作用下对应截面的实测横向分布系数与理论值的比较见图4和图5。结果表明：实测横向分布系数与理论值在总体分布上存在一定区别，实测情况的总体分布更为均衡。其中，横向4#～8#梁的实测值大于理论值，而边梁实测值小于理论值，两者的最大值基本一致。

3.3 脉动试验

该桥动力计算分析采用大型通用有限元程序Midas/Civil 2015，建立有限元模型图。

通过对该桥进行竖向脉动试验，采集了桥梁实测自振频率与振型[4]。竖向脉动试验结果与理论计算值比较情况见表1，以及进行实测振型和理论振型比对，经分析试验数据可知：实测自振频率fmi与理论计算频率fdi比值均大于1.1，评定标度为1，说明桥梁的整体刚度满足要求。

4 结论

（1）静载试验中各主要控制截面应变及挠度实测值均小于理论值，校验系数均小于1，表明主梁结构强度及刚度满足设计荷载要求。

（2）静载试验中各控制测点的相对残余挠度及应变均小于20%，表明桥梁结构在试验荷载作用下基本处于弹性工作状态。

（3）实测横向分布系数与理论值在总体分布上存在一定区别，实测情况的总体分布更为均衡。其中，横向4#～8#梁的实测值大于理论值，而邊梁实测值小于理论值，两者的最大值基本一致。总体而言，该桥实际横向分布能力优于理论模型。

（4）脉动试验结果表明实测竖向自振频率值大于计算值，可认为桥梁整体刚度大于理论刚度。

参考文献

[1]唐国文.荷载试验在公路桥梁检测中的应用效果评价[J].设备管理与维修， 2019（21）：153-154.

[2]李存. 公路桥梁设计荷载及其组合研究[J]. 百科论坛电子杂志， 2020（15）：1576.

[3]城市桥梁检测与评定技术规范：CJJ/T 233—2015[S]. 北京：中国建筑工业出版社， 2015.

[4]宋十妹. 论荷载试验在高速公路桥梁检测中的应用[J]. 建材发展导向（上）， 2018（10）：108-109.

收稿日期：2022-01-14

作者简介：刘修治（1987—），男，本科，工程师，从事桥梁与隧道工程及管养。