橋梁荷載試驗的研究

吳英蘭

【摘要】橋梁定期檢查中需進一步判明其缺損狀況、承載能力的橋梁需進行現場橋梁荷載試驗檢測、驗算及分析，以確保橋梁的使用安全。

【關鍵詞】技術狀況;特殊檢查;荷載試驗;承載能力

一直以來，橋梁的突然斷裂、垮塌等各種事故給人員、車輛的安全及經濟均帶來了巨大的損失，社會影響極大，現役橋梁的安全一直是關注的重點。現對橋梁的現場荷載試驗進行初步的研究，為檢驗橋梁是否具備足夠的承載能力儲備提供一定的技術支持。

1、現場荷載試驗注意事項

1.1試驗橋孔選擇

橋梁試驗橋孔應具有受力性能的代表性，即結構受力最不利、技術狀況較差、損失缺陷突出的橋孔。

簡支結構橋梁不同跨徑可各選取一跨;連續結構的橋梁不同跨徑組合各一聯。

1.2試驗環境的特殊需求

高溫、強光、強風、大浪、高濕度會影響試驗的實施，現場荷載試驗應避開極端天氣，選擇天氣條件較平穩的時段進行。

沖擊、振動、強磁場會干擾試驗的結果，現場荷載試驗應避免該干擾時段。

為得到真實有效的測試數據，現場荷載試驗應在封閉交通狀態下實施。

考慮道路交通實際運營情況，減少因封閉交通帶來的經濟損失及社會影響，現場荷載試驗可盡量選擇溫度波動較小的夜間進行。

2、橋梁靜載試驗

以某特大橋（23x20+14x30+29x20）為例，簡要介紹該橋梁靜載試驗的實施過程。

該橋修建于1975年，20m和30m跨徑均為簡支結構。后期荷載等級提高20m新建連續結構，30m簡支轉換為連續結構。

2.1測試截面選擇

測試截面按最不利受力原則選取。

簡支結構橋梁選取20m、30m各一跨，測試截面選取跨中最大正彎矩截面、L/4處最不利彎剪組合截面、支點最大剪力截面。

連續結構橋梁，選取20m跨徑、30m跨徑各三孔一聯，測試截面選取主跨中支點截面（最大負彎矩）、主跨最大彎矩截面、邊跨最大彎矩截面、邊跨邊支點最大剪力截面。

對于既有橋梁，根據橋梁的實際狀況，結構損傷部位應增加測試截面。

2.2試驗工況

橋梁設計一般由最不利工況（偏載）控制的，為了使橋梁實際的內力分布更貼合于設計狀態，采用偏載試驗工況。考慮橋梁的實際運營過程，中載試驗工況亦應考慮。

2.3測試內容

應力（應變）的觀測主要針對測試截面的受拉或受壓區，沿測試控制截面高度或橫向位置布置測點，通過測點的應力測試反應結構受力的狀況。

簡支結構測試內容：跨中截面撓度和應力（應變）、支點沉降、混凝土梁體裂縫、支點斜截面應力（應變）。

連續結構測試內容：主跨最大正彎矩截面應力（應變）和撓度、邊跨最大正彎矩截面應力（應變）和撓度、支點沉降、混凝土梁體裂縫、主跨支點斜截面應力（應變）。

2.4有限元計算

在靜載試驗之前，需采用橋梁專用有限元程序MIDAS建模，對橋梁結構進行計算分析。計算橋梁在各荷載組合作用下的軸力、彎矩、應力及位移包絡圖，根據包絡圖確定橋梁的最不利截面，同時選取受力復雜的截面，并將這些截面作為控制截面。計算出各控制截面的內力影響線，并進行靜力加載計算，給出加載輪位布置圖，作為靜載試驗加載依據。

計算荷載：簡支結構采用原設計荷載汽車-20級，掛車-100;連續結構采用提級后公路-Ⅰ級。

橫向分布系數：跨中采用剛性橫梁法計算，支點附近采用杠桿法計算。

沖擊系數：按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》取用。

2.5橋梁檢算

對于既有橋梁經過多年的實際運營，橋梁結構存在損傷現象，應根據橋梁的實際情況，對橋梁結構的抗力進行折減，承載能力檢算系數、承載能力惡化系數、截面折減系數、鋼筋截面折減系數及活載影響系數按《公路橋梁承載能力檢測評定規程》取用。

試驗加載效率：按照公路橋梁荷載試驗規程要求，取用0.95～1.05。

綜合考慮橋梁構件表觀缺損狀況、材質強度和橋梁結構自振頻率確定構件承載能力檢算系數評定標度 D，然后根據承載能力檢算系數評定標度得出檢算系數 Z1。

簡支結構：20mT梁（1.02），30mT梁（1.13）。

連續結構：20mT梁（1.07），30mT梁（1.07）。

承載能力惡化系數考慮了構件缺損狀況、鋼筋銹蝕電位、混凝土電阻率、鋼筋保護層厚度、氯離子含量以及混凝土強度和碳化狀況等影響因素，并綜合環境條件（本橋取干、濕交替，凍，無侵蝕性介質）加以確定。

簡支結構：20mT梁（0.107），30mT梁（0.086）。

連續結構：20mT梁（0.0），30mT梁（0.068）。

綜合考慮材料風化、碳化、物理與化學損傷三項檢測指標的評定標度，得出截面損傷的綜合評定標度 R，最終確定截面折減系數ξc。

簡支結構：20mT梁（0.98），30mT梁（0.98）。

連續結構：20mT梁（1.00），30mT梁（0.991）。

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，原橋簡支T梁裂縫寬度小于限值，所以簡支結構20m、30mT梁鋼筋截面折減系數ξs均取0.98。改建后該橋T梁局部鋼筋銹脹，引起砼剝落，因此連續結構20m、30mT梁鋼筋截面折減系數ξs=0.99。

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，簡支結構荷載試驗檢測時，交通量影響修正系數 ξq1=1.0;大噸位車輛混入影響修正系數ξq2=1.027;軸荷分布影響修正系數保守按ξq3=1.16 計算;綜上，活載影響修正系數ξq=1.06。

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》，連續結構荷載試驗檢測時，交通量影響修正系數ξq1=1.0;大噸位車輛混入率為 0.27，大噸位車輛混入影響修正系數ξq2=1.0;軸荷分布影響修正系數按ξq3=1.0 計算;綜上，活載影響修正系數ξq=1.0。

2.6橋梁承載能力評估

以中梁為例（計算結果邊梁數值略小于中梁）。

簡支結構承載能力計算結果表：

連續結構承載能力計算結果表：

以上計算表明，上部簡支結構 20mT 梁在持久狀況承載能力極限狀態下跨中正截面抗彎及支點附近斜截面抗剪承載能力不滿足原設計荷載等級的要求;簡支結構 30mT 梁、連續結構20m、30m預應力混凝土 T 梁在持久狀況承載能力極限狀態下跨中正截面抗彎及支點附近斜截面抗剪承載能力均滿足各自的設計荷載等級的要求。

2.7檢測結論

根據承載能力的檢測結果，我們可以明確的對橋梁結構的實際使用狀況進行判斷，從而對橋梁結構后續使用或改建提出合理性建議。如上述結果，簡支結構20m跨徑橋梁明顯不能繼續使用，改建為20m連續結構，30m結構加固并進行結構體系轉換。檢測數據表明，改建后的20m、30m跨徑均滿足承載能力要求，可繼續使用。

結語：

目前，橋梁的運營過程中重車超載現象屢禁不止，公路橋梁中的危橋數量也不可能完全消除，這些都不可避免的給橋梁整體安全帶來極大的安全隱患。因此及時的了解橋梁結構的實際工作狀況，從根本上杜絕橋梁的突然破壞，減少社會影響及經濟損失，橋梁荷載試驗具有重大的意義。

參考文獻：

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