桥梁荷载试验论文

某桥梁静载试验实例分析摘要：桥梁静载试验是测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和应变变化，它是了解桥梁结构实际工作性能如结构刚度、强度等最直接有效的办法。通过对某桥梁进行静载试验，可检验该桥梁受力性能和承载能力是否达到设计及规范要求。关键词：桥梁检测；静载试验；承载能力中图分类号:U445文献标识码:A0引言随着我国交通事业的不断发展，采用新结构、新材料、新工艺的桥梁结构日益增多，这些桥梁在设计、施工中必然会遇到一些新问题，其设计计算理论或设计参数需要通过桥梁试验予以验证或确定，在大量试验检测数据积累的基础上，就可以逐步建立或完善这类桥梁的设计理论与计算方法。桥梁静载试验是测量桥梁在各种静力荷载工况下的各个控制截面的应力应变及结构的变形，从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符，它是检验结构强度、刚度以及其他性能最直接、最有效的方法，且直观可信，得到技术人员的普遍认可。1工程概况某桥长157.5米，设计跨径为5×30米，该桥桥面净宽为20米，斜交角为20度，设计荷载为公路-I级，设计洪水频率为1/100。上部结构采用预应力混凝土小箱梁，先简支后连续的结构体系。桥墩均采用帽梁接四柱，下接钻孔灌注桩基础，墩柱径1.4米，桩径1.5米。为了减轻安装重量和增加横向整体性，在各箱之间设横向湿接缝。2静载试验方案2.1测试项目1、主梁控制截面在试验荷载下的应变（应力）：应力是衡量桥梁结构强度的一个重要指标，在混凝土表面安装表面应变计，配自动采集系统、笔记本电脑进行数据采集分析；2、主梁控制载面在试验荷载下的最大挠度：挠度是衡量整体桥梁结构实际刚度的重要指标之一，本次试验现场采用智能位移计进行测量；3、主梁裂缝观测：试验加载前，对主梁是否出现裂缝进行详细的调查，如有则在试验过程中通过裂缝测宽仪监测裂缝的变化情况，同时观测是否有新的裂缝产生，并在试验后详细检查原有裂缝的长度、深度是否有发展。2.2加载控制截面通过有限元软件对该桥进行结构静力分析，根据主梁在活载作用下的弯矩、挠度包络图，可确定各加载控制截面。结合桥梁结构特点及现场条件本次静载试验选取第一跨及第二跨为试验跨，相应的控制截面位置描述及控制效应内容见表1：表1加载控制截面位置及控制效应加载控制截面截面位置控制效应A-A截面第一跨跨中附近截面最大正弯矩效应B-B截面第一跨内支点截面最大负弯矩效应C-C截面第二跨跨中截面最大正弯矩效应2.3加载车辆设置结合计算以及考虑现场的加载设备，本次静力试验荷载采用四辆载重都为350kN的三轴汽车充当。加载标准车相关参数分别见表2：表2加载车辆技术参数表车辆编号总轴荷载（kN）各轴轴荷载（kN）轴距（m）轮距c（m）前轴重中轴后轴前-中轴轴距a中-后轴轴距b1~4350701401404.001.351.802.4加载工况设置及试验效率与加载控制效应相对应，该桥分为3种加载工况，各工况横桥向均采用两列车加载。每种工况下所需测试的截面和内容的具体情况如下表3所示：表3加载工况设置详表加载工况加载项目测试截面测试内容工况1按截面A-A（第一跨L/2附近）最大正弯矩效应纵桥向二排车、横桥向两列车中载布载A-A应变、挠度工况2按截面B-B（第一跨内支点处）最大负弯矩效应纵桥向两排车、横桥向两列车中载布载B-B应变工况3按截面C-C（第二跨L/2处）最大正弯矩效应纵桥向二排车、横桥向两列车中载布载C-C应变、挠度采用桥梁专用软件迈达斯运用梁格法建立全桥有限元模型进行分析，绘出各加载控制截面的弯矩影响线图，然后根据影响线可确定各工况中汽车荷载的位置，为了保证试验的有效性，应使试验各加载工况的静载试验效率η满足规范要求。该桥各工况的试验效率如下表4所示：表4试验效率加载工况控制截面设计弯矩(kN·m)试验弯矩(kN·m)试验效率工况1A-A899.22904.811.01工况2B-B-1469.16-1427.200.97工况3C-C898.67895.571.00注：表中的设计弯矩已计入冲击荷载作用。由上表知，所有工况静载试验效率η均在规范规定的0.95~1.05范围内。2.5测点布置该桥静载试验应变测试截面有A-A、B-B、C-C三个截面，截面应变采用弓形应变计进行测试；挠度测试截面有A-A、C-C两个截面，通过设置在梁底的智能位移计对挠度进行监测。各截面应变、挠度测点具体布置如下图1、2所示：图1小江桥各测试截面应变计布置图图2测试截面底部位移计测点横向布置图2.6试验加载程序为了获得结构试验荷载与变位关系的连续曲线和防止结构意外损伤，针对不同检验项目，本次静力试验荷载分别按2级加载，2级卸零。对同一主梁截面试验，先加偏载，而后满载，最后卸零，并对主跨跨中截面加载等主要工况进行重复加载。同时根据结构对称性，选择主桥的半结构进行加载试验。3静载试验结果3.1挠度测试结果各试验加载工况作用下，相对应的测试截面各测点挠度实测值及与理论计算值对比分析结果见表5，各测点挠度增长曲线如图3、4所示，挠度值以竖直向下为正。表5各工况各测点挠度实测结果加载工况测试截面测点编号第一级加载实测值（mm）满载实测值（mm）实测残余挠度值（mm）实测弹性挠度值（mm）理论计算值（mm）校验系数（）相对残余变位（％）工况1A-AD10.821.530.171.361.970.6911D21.022.170.351.823.340.5416D30.541.090.130.962.030.4712工况3C-CD10.671.580.111.472.020.737D21.231.980.091.893.390.565D30.721.640.111.532.060.747图3工况1测试截面A-A各测点挠度增长曲线图图4工况3测试截面C-C各测点挠度增长曲线图通过上述数据分析可知，挠度校验系数均不大于1.0，说明该桥整体刚度较好，能够满足设计规范及设计荷载公路-I级的运营要求；在各工况作用下，挠度相对残余均不大于20%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求；且实测的测点挠度与荷载的关系曲线接近于直线，说明桥梁结构处于良好的弹性工作状况。3.2应变测试结果各试验加载工况作用下，相对应的测试截面各测点应变实测值及与理论计算值对比分析结果见表7，各测点应变增长曲线如图5、6、7所示，其中拉应变为正，压应变为负。表7各工况各测点应变实测结果加载工况测试截面测点编号第一级加载实测值（με）满载实测值（με）实测残余应变值（με）实测弹性应变值（με）理论计算值（με）校验系数（）相对残余应变（％）工况1A-A1250560.83021022022240.92031227126330.783.74-16-30-2-28-360.776.753068266710.922.961933033390.84071325124250.964.085817120.581.3工况2B-B1-4-90-9-110.8202-10-18-1-17-220.775.63-16-31-2-29-360.816.542959356630.887.75-40-82-2-80-900.882.46-14-29-2-27-320.846.97-8-16-1-15-160.946.38-2-6-1-5-60.831.7工况3C-C1130360.500251129150.601.831729128340.823.44-20-34-3-31-370.848.853662161700.871.661933033390.85071119019250.760861019120.7510图5工况1测试截面A-A各测点应变增长曲线图图6工况2测试截面B-B各测点应变增长曲线图图7工况3测试截面C-C各测点应变增长曲线图通过上述数据分析可知，应变校验系数均不大于1.0，说明该桥强度能够满足设计规范及设计荷载公路-I级的运营要求；在各工况作用下，应变相对残余均不大于20%，满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求；且实测的测点应变与荷载的关系曲线接近于直线，说明桥梁结构处于良好的弹性工作状况。3.3其他测试结果试验加载前未发现主梁有明显的裂缝，试验加载过程中未观测到新的裂缝产生，同时也未发生其它异常情况。4结论综合上述分析可得：各测点混凝土挠度校验系数在0.47～0.74范围内，应变校验系数在0.50～0.92范围内，均未超过1，且各测点挠度、应变实测值均未超过理论值，表明桥梁结构强度和刚度满足设计要求；各测点相对残余变位和相对残余应变均未超过20%，且各测点实测挠度、应变与荷载的关系曲线接近于直线，说明桥梁结构处于良好的弹性工作状况。参考文献[1]刘白明，王邦楣．桥梁工程检测手册[M]．北京：人民交通出版社，2002．[2]范立础．桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2004．[3]JTGD62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．[4]朱先祥．荷载试验在桥梁检测中应用[J]．公路交通科技，2008．[5]滑思庆，李刚，陈飞．简述桥梁荷载试验[J]．山西建筑，2008，34(9)：336-337．[6]曹固恩．桥梁检测技术综述[J]．山西建筑，2008，34(28)：314-315．[7]张华平．桥梁检测和评定与加固方法[J]．山西建筑，2008，34(24)：315-316．[8]杨文渊．桥梁维修与加固[M]．北京：人民交通出版社，2000．[9]庄茂峰，黄才良，刘海坤．尼尔基坝下交通桥静载试验[J]．山西建筑，2009，35(5)：301-302.