辽宁省交通工程质量与安全监督局
摘要：连续钢箱梁是现今市政工程、公路工程桥梁常采用的结构形式，但随着结构病害的不断增加，需及时对桥梁结构进行荷载试验，掌握结构的工作状态。本文在阐述钢箱梁桥特点的同时，通过列举工程实例，对连续钢箱梁桥的静动载试验方法、过程进行了详尽的介绍。
关键词：连续钢箱梁桥；静动载试验；工程实例
1、概述
近年来，随着国家供给侧改革政策的逐步落实，以及钢结构加工、制造工艺的不断发展，新建钢结构桥梁的数量日趋增加，尤其是单箱多室的钢箱梁结构形式在现今的市政工程中被广泛采用，甚至在一些大跨度高速公路桥梁建设中，也被视为第一选择。
2、钢箱梁桥的特点
2.1 钢箱梁桥的优势
由于钢材具有较高的强度，且材质相对均匀、塑性及韧性良好等特点，因此，钢箱梁桥具有以下优点：
（1）自重较轻，跨度大
由于钢材高强度的特点，在相同的设计荷载等级及承载能力要求下，与普通的钢筋混凝土梁桥比较，钢结构桥梁的截面较小，所以其自重较轻，最适合应用于大跨径桥梁。
（2）建设周期短
钢箱梁一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受天气、季节气候的限制，加工制造速度快、精度高，加工质量可控。钢箱梁的加工可与桥梁的下部结构施工同时进行，且安装速度快，大大缩短了桥梁的建设周期。
（3）环境影响小
相比较钢筋混凝土梁，由于不用浇筑混凝土，没有支模、绑扎钢筋、振捣等工序，钢箱梁的施工产生噪音较小，对周边环境影响小。
（4）需要现场施工作业人员少
在钢箱梁现场安装过程中，需要施工及技术人员较少，人工成本相对较低。
2.2 钢箱梁桥的局限性
虽然钢箱梁桥优点显著，但同时也有一定的局限性，主要表现为：
（1）钢箱梁造价较高
据设计资料及相关数据统计，相同跨径规模的钢箱梁桥造价是钢筋混凝土梁桥的1.5倍以上。
（2）钢箱梁运输、吊装有一定难度
由于钢箱梁体形较大，在运输和吊装过程中，需要专门的设备、车辆进行辅助作业。
（3）钢箱梁的后期维护费用较高
随着桥梁服役时间的增加，大部分钢箱梁表面会出现锈蚀等病害，因此，后期养护费用相对较高。
3、连续钢箱梁桥的静动载试验
在钢箱梁桥运营期间，梁体表面经常会因为流水侵蚀、涂装的劣化而造成锈蚀现象，长期将影响桥梁上部结构的承载能力，因此，针对钢箱梁锈蚀等外观病害较为严重的桥梁应进行荷载试验，判别桥梁的工作状态，提出相关的养护建议。本文拟通过工程实例，对钢箱梁桥荷载试验检测过程进行简单的介绍。
3.1 工程概述
某跨越高速公路的钢箱梁桥，全长150m，跨径布置为（42+60+42）m，桥面布置为0.5m（防撞护栏）+16m（行车道）+0.5m（防撞护栏）。该桥上部结构采用连续钢箱梁结构形式，下部结构为柱式墩、肋板台、桩基础。设计荷载标准为公路—Ⅰ级。
桥孔编号按路线前进方向排列为第1孔、第2孔、第3孔，桥墩台编号为0#台、1#墩、2#墩、3#台。
3.2 荷载试验的目的及内容
（1）对桥梁进行静载试验，测试试验桥孔主要截面的应力、挠度，评估桥梁校验系数，确定实际承载能力；
（2）对桥梁进行动载试验，测试试验桥孔的固有频率、振型、冲击系数、阻尼比等，评估桥梁的动力性能；
（3）根据检测结果，提出桥梁维修加固或管理养护的相关建议。
3.3 静载试验
3.3.1 静载试验工况
根据该桥的外观检查情况，并结合连续梁受力特点，选该桥第1、2孔进行静载试验，试验工况为：第1孔距0#台19m截面最大正弯矩工况；第2孔跨中最大正弯矩工况；第1孔0#台处最大剪力工况；第2孔1#墩处最大剪力工况；1#墩支点截面最大负弯矩工况。
3.3.2 试验荷载
该桥设计荷载等级为公路-Ⅰ级。选用8辆双后轴载重车作为等代荷载，加载车轴、轴重距见图1。
挠度测点布置：在第1孔距0#台19m截面梁底对应腹板位置布置4个挠度测点，在第2孔跨中截面梁底对应腹板位置布置4个挠度测点。
应力测点布置：在第1孔距0#台19.0m截面箱梁底板对应腹板位置处布置4个应力测点，在第2孔跨中截面箱梁底板对应腹板位置处布置4个应力测点，在第1孔距0#台支点2.50m两侧腹板中性轴处主拉应力方向各布置1个应力测点，在第2孔距1#墩支点2.50m两侧腹板中性轴处主拉应力方向各布置1个应力测点，在1#墩支点截面箱梁底板对应腹板处布置4个应力测点。
全桥共布置挠度测点8个，应力测点16个。
3.3.4 静载试验数据整理及分析
桥梁承载能力采用校验系数ζ进行鉴定，校验系数ζ=试验荷载产生的实测值/试验荷载产生的理论计算值，静力荷载试验校验系数ζ不应大于1.00；残余应变不应大于20%；试验截面的挠度、应力校验系数见表3。
由下表可知，第1、2孔在试验荷载作用下钢箱梁各截面的挠度、应力校验系数，以及相对残余变位、应变均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）中合格标准的要求。
3.4 动载试验
动载试验的主要目的在于研究桥梁结构的自振特性以及桥梁结构在车辆荷载作用下的动力反应，其测试结果是判断桥梁结构运营状况和承载特性的重要指标。本次动载试验主要进行脉动试验、跑车试验，从而测定桥梁的动力特性参数，包括频率、振型、阻尼比、冲击系数等。
3.4.1 脉动试验
脉动试验的激励采用天然状态，通过布置在桥面的传感器拾取结构在大地脉动和周围环境的各种扰动引起的振动信号，进行数据的采集，然后进行试验模态分析，从而获得结构的动力特性参数。
该桥各孔各阶实测振型与理论计算振型见图2~图4，各阶实测频率与理论计算值的比较见表4。
从上面的测试结果分析得出：
1、该桥各阶实测竖弯频率均大于理论计算频率，实测自振频率fmi与理论计算频率fdi的比值在1.04~1.25。依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）第5.9.2条确定该桥自振频率的评定标度为2。说明主梁结构的竖向刚度较好。
2、实测各阶阻尼比在1.88%~2.15%范围内，处于该类结构形式桥梁的正常范围内。
3、第1、2孔实测冲击系数在1.00~1.08之间，均在规范取值范围内。
3.5 检测结论
（1）该桥在公路—I级荷载作用下，静载试验挠度和应力校验系数均满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的要求。
（2）动荷载试验表明，该桥各阶实测自振频率与理论计算频率的比值在1.04~1.25之间，说明桥梁结构性能较好；在20km/h~50km/h车速作用下实测的冲击系数均小于规范计算的冲击系数；实测阻尼比在正常范围内。
综上所述，静、动载试验表明该桥整体刚度和受力状态满足公路—I级荷载等级的要求。
4、总结
本文简单阐述了钢箱梁桥的特点，并通过工程实例，重点对连续钢箱梁桥的静动载试验的目的、内容以及试验方法进行了介绍。随着钢箱梁桥的在役年限不断增加，钢结构会出现不同程度的病害，需及时对桥梁结构进行荷载试验，一方面通过桥梁的静动载试验可以掌握结构的工作状态，另一方面，能够为桥梁的管理养护提供依据。因此，通过荷载试验及时了解桥梁病害对结构物的承载能力影响是可行且十分有必要的。
论文作者:王天舟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/23
标签：荷载论文; 桥梁论文; 应力论文; 结构论文; 截面论文; 挠度论文; 腹板论文; 《基层建设》2017年第35期论文;