东莞市交业工程质量检测中心 东莞 523125
摘要:静动载试验是评估桥梁工作状态的重要手段，通过对大跨度连续刚构桥静动载试验研究，测得结构的力学特性和性能指标，用桥梁专用软件Midas建立有限元模型，进行静力分析，通过试验值和理论值作比较，分析桥梁的承载力和对桥梁综合评定。
关键词：大跨度；静载试验；动载试验；Midas；承载力；综合评定
Nicole long-span bridge dynamic load test research
Shao yanglin
Abstract： Static and dynamic load test is the important way to evaluate the working state of bridge ，based on a long-span continuous rigid frame bridge static and dynamic load test research，the structure of the measured mechanical properties and performance indicators, using bridge dedicated software Midas to establish finite element model, the static analysis, through the experimental and the theoretical value, force analysis of bridge bearing capacity and comprehensive evaluation of the bridge.
Key word：Large span； Static load test； Dynamic load test；Midas；Bearing capacity; Comprehensive evaluation
1、绪论
随着交通事业的发展，我国新建了各式各样的桥梁，桥梁作为交通的枢纽，发挥了重要的作用，这些桥梁在运营之前要进行检测，以保证其工程质量和运营安全。比如桥梁的承载力、刚度和稳定性直接影响到桥梁的安全和使用寿命。所以对桥梁进行检测评估有着十分重要的作用。
对新桥进行静动载试验健康评估，其目的是通过鉴定能够获得新建桥梁质量评定依据，使得评定结果有章可循，继而很好的检验设计理论和施工质量，而且能够依据此更好的做好桥梁的运营和养护工作。要做好新桥的质量评定工作，首先要采取实施可行的试验手段测试桥梁的主要质量指标，然后根据数据对桥梁的进行健康评估。本文采用对一座连续刚构桥的静载和动载相结合试验，并结合有限元分析，对其进行健康评估，为其竣工验收和今后运营养护提供数据和技术资料。
2、桥梁静动载试验
静动载试验一般包括桥梁试验方案编写、现场测试、数据分析处理等。（1）静载试验方案包括测试截面、试验工况、测试内容、试验荷载、测点布置、试验过程控制和试验数据分析等内容。（2）静载试验工况包括中载试验和偏载试验工况，对横向支撑不对称的直桥、斜弯桥、异性桥等，应通过计算确定试验工况的加载位置及偏载方向。（3）实验数据处理和试验结果的分析。应根据温度变化、支点沉降及仪器标定结果的影响对试验数据进行修正。选取有用的数据，剔除异常的数据。实验数据包括主要测点分级加载变化值、校验系数、残余系数等表格以及测点的曲线绘制。曲线的绘制包括:各工况主要测点测量值与相应理论值的比较图；各工况主要测点测量值与荷载的关系图；各工况控制截面位移（应变）分布图、沿纵（横）向挠度图、截面应变沿高度分布图等。
（4）动载数据的采集包括：自振频率和冲击系数等。通过跑车、刹车、跳车等来测试。（5）结合桥梁静动载试验结果对桥梁承载力综合评定。
2.1试验方案实施
根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）以及有关的规范和技术标准，本桥检测的内容包括以下内容：
（1）静载试验：通过分级静力加载试验，检验控制截面应力、挠度以及裂缝的控制。
（2）动载试验：对试验跨进行跑车、刹车和自然脉动工况下的动载试验，测量结构的固有频率、冲击系数等参数。
通过静动载试验，结合有限元理论分析，根据有关规定，评定桥梁的承载能力和综合技术状态。
2.2试验截面及加载位置确定
桥梁静载试验截面和加载位置要选择其最不利位置。通过有限元理论分析，通过包络图和影响线找到其最不利位置。
（1）包洛图
在移动荷载作用下，由各截面内力的最大值连接而成的曲线成为包络图。通过有限元分析找出桥梁在移动荷载下弯矩包络图。可以确定桥梁静载试验的截面和加载位置。
（2）影响线
影响线表示结构中由沿结构跨度移动的单位载荷引起的内力、位移或反力等的数值(称影响值)随单位载荷作用位置变化的曲线，它可用于确定在多种载荷共同作用下的影响值，也可用于确定结构上移动载荷的最不利位置。从而可以确定桥梁试验的截面位置以及加载位置。
3、工程实例分析
3.1工程概况
本桥上部结构跨径组合为45+75+45=165m，半幅桥梁宽15.6米。设计荷载为城-A级,验算荷载为公路-Ⅰ级。图1～图3是试验跨立面、平面和横断面图。
（c）C-C截面（单位：cm）
图3 试验跨横断面图 (单位：mm)
3.2有限元仿真计算
用桥梁专用软件Midas civil建立有限元模型见图4，利用动态加载法计算出桥梁控制截面在城-A级作用下的最不利弯矩包络图见图5。表1是桥梁的主要控制截面的荷载效率。
也有差异性，对于不同类型的桥梁，测点的布设也不同，检测人员根据实际情况进行布设和设计。
本次测试桥跨的桥墩号为17#～19#,测试截面为图1中的A-A截面（边跨0.4L最大弯矩）；B-B截面（18#桥墩附近最大负弯矩和最大剪力）；C-C截面（主跨跨中最大正弯矩），如图10所示。控制截面应变测点如图11。挠度测点如图12所示。
3.4、试验数据分析
在桥梁检采用校验系数和相对残余来评定桥梁的承载能力和工作状态。校验系数η是在桥梁静载试验所得的数据（挠度、应力）与理论计算值之比。η大于1说明结构设计强度不足不安全。η过大过小都要对其分析原因。η过小可能是桥梁结构整体工作好，也可能是材料的弹性模量高于设计值或者是桥梁有限元分析简化计算过于简单，相对残余大小反映桥梁结构的刚度。
a)桥梁测点挠度分析
根据《公路桥梁荷载试验规程》中预应力混凝土挠度的校验系数一般在0.7≤η＜1.0，应变（应力）的校验系数一般在0.6≤η＜0.9。试验记录各个测点的挠度、残余挠度，可以计算出各个测点的弹性挠度，结合理论计算值可以计算挠度的校验系数和相对残余。表2是各断面主要测点挠度校验系数和相对残余表。图13 是主要测点与加载重量关系图。
图13 主要测点变形与加载重量关系图
表2可以看出试验工况下，控制截面的主要测点挠度值均小于理论计算值，挠度校验系数在0.54～0.82之间，挠度校验系数均小于1，能够满足《试验规程》中关于桥梁主要测点静载试验校验系数的要求；主要测点挠度相对残余均小于20%，图13可以看出桥梁结构处于弹性工作状态。桥梁具有足够的刚度和安全储备。
b)应力结果的分析
应力校验系数是评价桥梁结构强度及承载力特性的重要参数，下表是各个工况下控制截面主要测点应变校验系数和相对残余。见表3。
C5#1929252550.428.0%
由表2可知控制截面的主要测点的应变校验系数小于0.50，相对残余均小于20%，说明桥梁结构由足够的强度，满足设计荷载对其承载力的要求，有足够的安全储备。
4.3桥梁动力特性分析
通过不同时速和刹车测试桥梁的自振频率和阻尼系数，图14是该桥的一阶振型图，表4是桥梁频率和阻尼系数实测值和理论值比较。
从表4看出实测频率大于理论值，冲击系数实测值平均值小于理论值，该桥的实际刚度较大，振动响应较小，表明桥梁实际刚度满足设计要求。
5、总结
（1）桥梁在试验荷载作用下，变形和应变分布正常，校验系数和相对残余均满足《试验规程》要求，应变校验系数较小，有足够刚度和强度和安全储备。
（2）采用静动载试验相结合，能够对桥梁的实际受力有个全面的了解，进行全面的评估，结果是比较可靠的。
参考文选
[1]姚玲森，桥梁工程[M].北京，人民交通出版社，1985
[2]张文基 ,刘喜元 ,岳建平，新建桥梁的静载试验方法研究[J],测绘通报，2002.7
[3]中华人民共和国交通部，公路桥梁荷载试验规程(JTG/TJ21-01- 2015)[S],北京，人民交通出版社，2015
[4]宋金强, 朱宏平, 黄民水，基于静动载试验的大型桥梁健康评估[J],武汉工程大学学报，2010.3
论文作者:邵样林
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/16
标签：桥梁论文; 截面论文; 挠度论文; 系数论文; 荷载论文; 工况论文; 残余论文; 《基层建设》2017年5期论文;