摘要：近年来，我国的交通行业发展迅速，桥梁工程建设越来越多。新建桥梁在通车前的验收过程中做检测非常必要，通过检测可了解桥梁结构状态和评定运管荷载等级，确保桥梁使用的安全性和耐久性。以云南某新建预应力混凝土箱梁桥为例，阐述静载试验方案设计，总结分析桥梁检测结果的方法，并与有限元理论计算结果进行对比，结果表明桥梁的使用性能良好，承载能力满足有关规范要求。
关键词：桥梁；检测；荷载试验
引言
桥梁是道路交通的关键节点，其承载能力和通行能力是控制道路全线的关键。然而，桥梁长期处于露天的环境中，受到自然因素如风载、波浪等荷载作用，桥梁的结构易产生如裂缝、开裂等病害。为确保桥梁的安全可靠，就需要全面评估桥梁实际使用中的工作状态，而荷载试验可以有效检验桥梁结构整体的施工质量与受力性能，对桥梁结构的正常使用性能、强度、刚度、裂缝等各项指标做出全面的评价，并对桥梁结构的承载能力做出准确的评估，掌握桥梁的运行状况和所处状态，推断其承载能力，从而综合、正确的评定桥梁的实际状况。
1 工程概况
某高架桥主线桥共计13联41跨，桥长1221．5m，上部结构第2联、第9联采用变截面预应力混凝土箱梁、第7联采用等截面普通钢筋混凝土箱梁、第13联采用钢筋混凝土实心板梁，其余桥跨均采用等截面预应力混凝土连续箱梁;另外，第7联西端南北两侧分别接有上、下平行匝道，匝道桥全长均为120．0m，上部结构采用4跨等截面预应力混凝土箱梁，下部结构采用钢筋混凝土轻型桥台，带横梁双立柱桥墩，承台配桩基形式基础;上、下平行匝道下部结构采用轻型桥台和单柱式桥墩。主线桥桥面总宽为23．5m～41．5m，设计荷载为城—A级，抗震设防烈度为8度，上部预应力结构按部分预应力A类构件设计。为检验工程质量，并为桥梁竣工验收提供依据，对该高架桥部分桥跨进行静载试验，检测上部结构主梁在试验荷载作用下的应变(应力)和挠度，据此评价桥梁的受力性能是否满足设计要求。
2 试验设计
为检验该桥的承载力是否满足原设计要求，需对桥梁进行荷载试验，测定各控制截面的应变（衡量桥梁结构强度的重要指标）和挠度（衡量整体桥梁结构实际刚度的重要指标）指标，并将测试结果与计算结果进行比较分析。按照内力等效的原则，使荷载作用下结构的内力与设计荷载作用下的内力相等或接近。桥梁检测的内容、方法及方案设计根据实际情况有所差异，新建桥梁和既有桥梁的检测内容和方法可参照相关法规和文献。本文在理论分析的基础上确定试验的控制荷载和施加位置。由结构力学可知，弯矩的控制截面分别为边跨跨中截面（正弯矩）、中支点截面（负弯矩）和中跨跨中截面（正弯矩）。剪力的控制截面为支点截面；挠度的控制截面分别为边跨跨中截面、中跨支点截面和中跨跨中截面。3处温度补偿测点设置在与多数测点较接近的部位，用于消除温度变化引起的应变。通过对桥梁结构受力进行计算分析，确定试验的控制荷载，并按最不利位置布载，以确保静载试验的有效性和可靠性。
3 评估方法
依据桥梁检测评定技术规程，采用荷载试验效率控制荷载工况、加载位置。荷载试验效率按下式计算:
其中，ηs为静力荷载试验效率，对验收性荷载试验，其值应不小于0．85，且不大于1．05;Sstat为实际工况荷载作用下，控制断面的最大内力或变位计算值;Sk为控制荷载作用下，控制断面的最不利内力或变位计算值;μ为设计冲击系数。本次项目桥梁设计荷载为城—A级，理论计算采用Midascivil2017桥梁计算软件建立试验联模型进行计算分析，以第5联(11号墩～15号墩)为典型代表。结构变位或应变校验系数按照CJJ/T233—2015城市桥梁检测与评定技术规范规定进行计算。一般情况下，结构变位或应变校验系数应小于1，当大于1时应查明原因，当结果无误时，桥梁结构的承载能力应评定为不满足要求。测点的相对残余变位按下式计算:
其中，S'P为测点的相对残余变位(应变)，%;SP为试验荷载作用下控制测点的残余变位(应变)实测值;St为试验荷载作用下控制测点的总变位(总应变)测试值。当测点的相对残余变位或相对残余应变大于20%时，应查明原因;当结果无误时，桥梁结构的承载能力应评定为不满足要求。
4 试验检测加载
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。第5联中跨2—2断面最大正弯矩工况。每个工况分四级加载，按标号顺序依次加载。
5 试验数据分析与评定
5.1 试验数据分析
如图1所示是静载挠度试验监测数据，可以看出：（1）随着加载等级的提高，跨中挠度逐渐增大；（2）随着加载等级的提高，支座沉降变化较小，逐渐趋于稳定；（3）在Ka～1.0阶段，两个加载循环挠度值基本一致，说明梁体处于弹性工作状态；（4）扣除支座沉降值，第一加载循环最大挠度为11.005mm，第二加载循环最大挠度为=13.278mm。
5.2 评定
图1 挠度监测数据
（1）评定依据。实测静活载挠度值(f实测)为静活载级下混凝土箱梁的实测挠度值减去基数级下混凝土箱梁的实测挠度值。合格的评定标准为:f实测≤1.05(f设计/ψ)，ψ取0.9967。在K=1.20加载等级下持荷20min，混凝土箱梁下缘底面没有出现裂缝或箱梁下缘侧面(包括倒角、圆弧过渡段等位置)的受力裂缝没有延伸至箱梁底边，故评定全预应力梁抗裂合格；在K=1.00加载等级下持荷20min，混凝土箱梁下缘底面没有出现受力裂缝或箱梁下缘侧面(包括倒角、圆弧过渡段等位置)的受力裂缝没有延伸至箱梁底边，评定允许出现有限拉应力的预应力梁预应力度合格。（2）评定结果。通过分析简支箱梁静载弯曲试验数据，可以得到：混凝土箱梁静活载挠度实测值(f实测)为5.8mm小于设计值8.3mm；同时在第二加载循环K=1.2的作用下，持荷20min箱梁没有发现裂缝，挠度观测数据符合相关规定，故判定：静载弯曲抗裂试验合格。
5.3 结构刚度检验
试验荷载作用下，2—2断面梁底挠度实测最大值为3．8mm，推算至1．05倍设计荷载作用下的挠度为3．0mm，为跨度的1/10000，远小于JTGD62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所规定的L/600允许值，表明在设计城—A级荷载作用下该联箱梁竖向刚度满足设计规范要求。
结语
综上所述，本文开展了某高架桥主线桥应变、挠度等静态检测试验，试验检测计算了试验效率系数、荷载效应校验系数、结构相对残余变形及结构刚度，得出以下结果:各工况试验荷载作用下，对应控制测试截面应变测点、挠度测点校验系数均满足《城市桥梁检测与评定技术规范》规定的要求，应变、挠度相对残余均小于20%。在正常使用极限状态下，目前所测试高架桥第5联上部结构箱梁能够满足设计城—A级荷载的正常使用要求。
参考文献
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论文作者:程曦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：荷载论文; 桥梁论文; 挠度论文; 截面论文; 结构论文; 预应力论文; 应变论文; 《防护工程》2018年第36期论文;