大跨鋼桁梁橋改建后靜載試驗與分析

陳哲敏

(同濟大學，上海200000)

0 引言

靜載試驗是橋梁荷載試驗中最常用的試驗，可以用來解決橋梁結構的靜力問題，還可以對結構的受力狀況進行全面分析，從而獲得結構相應的特性參數。通過靜載試驗，可以直接掌握橋梁結構的變形和內力情況，判定結構的剛度和強度是否滿足要求，以評定橋梁的承載能力。

1 工程概況

某大跨鋼桁梁橋是雙層公鐵兩用橋，全長419.6m，上層為兩車道公路，下層為單線鐵路，主橋上部為兩聯（96m+112m）連續鉚接三角形鋼桁梁。大橋桁高為12.8m，中間支點及112m跨端支點均設6m 高加勁弦，主桁中距6.018m，主桁節間為8m。上層橋面公路路面寬9m，為二車道，兩側各設1.5m人行道，總寬12m。下層橋面為單線鐵路，寬6m，兩側設檢修道。改建前的大橋主橋立面布置如圖1所示。

圖1 大橋主橋立面布置

由于道路規劃限制，大橋主橋橋位不能改變，故改建方案為利用原主桁結構，拓寬上層公路橋面。上層橋面拓寬為雙向6 車道，改建后寬度為24.5m。下層單線鐵路橋面改建為非機動車道，兩側的原鐵路檢修道改建為寬人行道，改建后寬度為13m。

主橋仍以兩片主桁為主受力結構，對受力不足的部分桿件和節點進行加固。主桁桿件通過貼鋼板或角鋼的方式加固，加固鋼板、角鋼通過鉚釘或螺栓與原桿件連接。主桁節點板采用外貼加固板進行加固，節點加固板通過鉚釘與原構件連接。

2 靜載試驗

2.1 測點布置

采用midas 建立計算模型，計算在設計荷載作用下的結構受力情況，包括支反力、結構位移、桿件內力及應力，作為荷載試驗中確定測點布置的基礎和依據，最終選取南岸側一聯（96m+112m）邊跨及主跨跨中沿橫橋向上、下游各布置1 個測點，共4 個測點觀測撓度值[1]。

根據對橋梁結構在設計荷載作用下的計算與受力特性的分析，選擇圖2 桿件作為重點關注的對象，加載工況主要針對以下桿件進行。

2.2 加載車輛

采用車輛荷載進行加載。根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTGT J21—2011），試驗中采用的加載車輛對結構控制截面產生的荷載效應計算值，應與設計荷載產生的荷載效應計算值基本相當。根據試驗結果，選用若干輛載重35t 重汽車作試驗車輛，各輛車前后相鄰軸距6.5m。

2.3 加載工況

《公路橋梁荷載試驗規程》[2]（JTG/T J21-01-2015）第5.2.2 條提供了常見橋梁靜載試驗工況及測試截面，《公路橋梁承載能力檢測評定規程》[3]第8.1.2條指出靜力試驗荷載效率可按式（1）

計算，宜介于0.95～1.05 之間。

因鋼桁梁橋桿件眾多，要使每一根桿件的荷載效率滿足規范要求，需要不斷調整荷載位置，加載工況也會非常多，實際操作難度大。因此，采用在同一個加載工況下針對最主要的桿件或參數，使其荷載效率滿足η 介于0.95～1.05 之間的原則，確定加載工況及每一加載工況的車輛數量、位置。為了獲取結構試驗荷載與荷載效應的關系，同時防止結構在試驗過程中意外損傷，對主要控制截面應分級施加試驗荷載。最終確定的加載工況如表1所示[4]。

表1 靜載試驗加載工況

3 靜載試驗數據處理及試驗結果分析

3.1 撓度測試結果

靜載試驗荷載下的理論撓度值和實測值的對比如表2所示。

表2 主桁跨中豎向變位實測結果及與計算值比較

3.2 工況測試結果

靜載試驗荷載下的主要關注桿件加載效率如表3所示。

表3 主要關注桿件加載效率

4 結論

第一，在最不利加載下（載位一），實測南聯鋼桁梁主跨跨中撓度值為27mm，按加載效率換算到設計活載作用下的撓跨比為1∶4148，小于《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）中1∶500 的規定值。

第二，撓度試驗數據結果表明，各工況主梁實測變形均小于計算值，主跨主要測點的撓度校驗系數在0.83～1.00 之間。

第三，下弦桿、斜腹桿、斜撐桿件軸力理論值與實測值吻合得相對較好，上弦桿軸力理論值與實測值偏差較大，根據對橋梁結構構造的分析，由于橋面系鋼筋混凝土組合橋面，且與上弦桿形成了板桁組合結構，理論計算模型對于板桁組合結構的模擬與實際可能存在較大的偏差，板桁間整體受力及分配使得上弦桿實際受力比理論計算要小。

綜上所述，靜載試驗結果表明某大橋改建后具有承受預定設計荷載的強度和剛度，結構受力滿足設計（設計活載為公路II 級）及規范要求。