龍崗橋靜載試驗分析

朱博文 殷立輝* 王陽 張云康 穆雨彤

（1 黑龍江大學建筑工程學院；2 黑龍江大學水利電力學院）

0 引言

近年來，隨著我國的工程建設水平高速發展，各式各樣的橋梁層出不窮。因此對橋梁的檢測和質量要求更高。橋梁檢測的方法分為動載試驗、靜載試驗、無損檢測。其中靜載試驗是了解結構特性的重要手段.一般用來直接解決結構的靜力問題，并且在進行結構動力試驗時也要先進行靜載試驗以測定結構有關的特性參數。它最大的優勢在于加載設備相對來說比較簡單，荷載可以逐步施加，并且可以隨時停止，以便仔細觀察結構變形的發展，給人們以最明確和清晰的概念。本文采用Midas Civil 等軟件對一實際工程案例進行建模測算，并且結合圖表進行了一系列數據分析。

1 橋梁概況

龍崗橋位于西二路與濱洲線相交處，位于大慶讓胡路區后龍崗。主線跨越、康平街、濱洲鐵路、哈齊客運專線、一條鐵路專用線及一條遠期鐵路專用線、中三路。橋梁建設共分為二期。

橋梁主體建設一期包括A 線、W 線、E 線，主橋A 線長887.38m，其中主橋長444.24m，橋寬為17.5～34.5m，雙向四車道，引道長219.52m，引道寬17.5m；W 線全長402.47m，其中匝道橋長116m，橋寬7.5m，單向單車道；E線全長402.47m，其中匝道橋長116m，橋寬7.5m，單向單車道，A線、W線、E線由大慶市高薪技術開發區設計院設計，于2006年正式通車。本文選擇A線分叉橋做橋梁靜載試驗。A 線起點至A3#墩橋跨中心線，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）；A8#墩～A13#墩橋跨中心線，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m～33.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）；A13#墩橋跨中心線至終點，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）。

2 檢測與評價方法

進行橋梁靜載試驗的目的是測量在運行狀態下的各個重要截面在靜載作用下的應力變化是否等同于設計值。靜載試驗是防止橋梁在使用過程中出現問題的重要手段之一。

2.1 試驗效率

常規橋梁驗收性荷載試驗的控制荷載應采用現行行業標準規定的汽車和人群荷載標準值，當設計另有規定時，應從其規定。特大橋或結構體系復雜橋梁的驗收性荷載試驗，其控制荷載宜通過內力或變位計算值與設計值核驗后確定。鑒定性荷載試驗的控制荷載應按原設計荷載或目標荷載選用；對結構檢測和檢算后認定承載能力不足的橋梁，可降低控制荷載等級。

靜力荷載試驗效率ηs，是某一控制截面在試驗荷載作用下的計算效應與該截面對應設計控制效應的比值。靜力荷載試驗效率ηs，對驗收性荷載試驗，宜介于0.85～1.05 之間；對鑒定性荷載試驗，ηs宜介于0.95～1.05 之間。本次試驗以設計荷載作為控制荷載，結合本項目實際情況，ηq宜介于0.95～1.05 之間。ηs應按以下公式計算：

式中：

ηs——靜力試驗荷載效率；

Sstat——為某一加載試驗項目對應的加載控制段內力、應力或位移的最大計算影響值；

SK——是由校核荷載產生的同一荷載控制截面的內力、應力或位移的最不利影響的計算值；

（1+μ）——μ為根據規范取的沖擊系數值。

2.2 實驗加載方法

為了探究實驗荷載效率變化規律，并且最大程度的保護結構，防止其因為荷載過大發生結構破壞，所以我們進行分級加載，分級加載致最大荷載后卸載。試驗前在橋面預先畫出加載位置，加載時試驗荷載應按規定順序準確就位，卸載時試驗荷載退出橋梁結構試驗影響區。

⑴橋梁靜載試驗應當在溫度濕度等指標較為適宜的時間段內進行。

⑵靜力試驗荷載持續時間，原則上取決于結構變位達到相對穩定所需要的時間，只有結構變位達到相對穩定后，才能進入下一荷載階段。同一級荷載內，若結構變位最大的測點在最后5 分鐘內的變位增量小于第一個5 分鐘變位增量的15%，或小于所用測量儀器的最小分辨值，即認為結構變位達到相對穩定［1］。

⑶全部測點在正式加載試驗前均應進行零級荷載讀數，以后每次加載或卸載后應立即讀數一次，并在結構變位達到相對穩定后，進入下—級荷載之前再讀數—次［2］。

⑷靜載試驗終止條件

在進行橋梁靜力荷載試驗的過程中如果發現以下情況應當立即停止實驗，弄清楚故障原因，防止造成經濟損失或人員傷亡：

①各個主要測點的撓度值及應變值有一個或以上達到了理論值；

②梁上裂縫的深度、長度、寬度以及數量顯著增加或增大，有崩壞趨勢時；

③撓度分布不均；

④橋體出現崩角，異響等其他情況。

3 實驗方案

本次荷載試驗計算模型見圖1。

圖1 A線17m+17.23m連續分叉箱梁有限元計算模型

3.1 測點布置

根據理論計算及現場調查結果，應變及撓度測點布置見圖2。

圖2 控制截面B-B應變測點布置示意圖（cm）

圖3 控制截面C-C應變測點布置示意圖（cm）

A 線17m+17.234m 連續分叉箱梁（A6～A8 墩間橋跨）：在試驗跨外側半幅的控制截面B-B 梁底及腹板布置應變測點，共計11 個測點；控制截面C-C 腹板布置應變測點，共計3個測點。測點布置示意圖見圖2～圖4。

圖4 控制截面B-B撓度測點布置示意圖（cm）

3.2 試驗車及加載工況

本橋設計荷載采用城-A 級（設計規范：城市橋梁設計荷載標準（CJJ 77-98）），根據各測試截面的內力影響線，按最不利位置加載，在保證各主要測試截面試驗荷載效率系數η至少達到0.95 以上的條件下，經計算確定靜載試驗加載車重量：45.9t，加載車輛數目取2～4輛。試驗車輛參數見圖5，試驗加載車實際軸重及軸距見表1。

表1 試驗加載車軸重及軸距 （kN）

圖5 靜載試驗加載車輛

結合橋梁實際現場情況，確定本次靜載試驗的加載工況及相應檢驗項目見表2。

表2 靜載試驗加載工況及測試該作品匯總

3.3 加載車位及試驗效率

試驗車輛分級加載布置見圖6，工況試驗荷載效率見表3。

表3 工況試驗荷載效率

圖6 工況1試驗車輛分級加載布置圖（單位：cm）

由表3 結果可知，腹板的試驗荷載效率在0.82 至1.03之間，均在正常范圍內，符合規范要求。

4 靜載試驗檢測結果

4.1 應變測試結果與分析

在進行應變數據對比分析時，選取了對應加載工況的測試值與對應位置的計算值對比分析。表中應變值均為在試驗荷載作用下結構表面應變增量，拉應變數值為正值，壓應變數值為負值（單位：με）。試驗工況下的應變測試結果見表4～表6所示。

表4 工況1（滿載）A線第12跨跨中主梁梁底應變測點測試結果

由表4 可知，主梁梁底9 個測點的應變相對殘余在5.71%至16.67%之間，均在20%以內，滿足規范要求。

由表5、表6 可知，A 線第12 跨跨中主梁腹板與A 線第12 跨跨中主梁梁底彈性應變實測值與計算值相差不大，計算差距在可控范圍之內。

表5 工況1（滿載）A線第12跨跨中主梁腹板應變測點測試結果

表6 工況1 A線第12跨跨中主梁梁底應變測點分級測試結果

4.2 撓度測試結果與分析

試驗工況下主梁豎向撓度測試結果見表7、表8所示。

表7 工況1（滿載）A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度測試結果

表8 工況1（滿載）A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度分級測試結果

由表7、表8 可知，A 線第12 跨主梁B-B 截面撓度實

5 結論

⑴截面撓度，應變的實測值與計算值基本相似，表明該結構的橫向狀況良好。

⑵理論撓度計算值大于彈性撓度實測值，撓度校驗系數為0.78～0.95，結構剛度滿足規范要求［3］。最大相對殘余變形為16.67%，小于規范容許值20%。表明結構處于彈性工作狀態。

⑶理論應變計算值大于彈性應變實測值，應變校驗系數為0.80～0.96，結構強度滿足規范要求［3］。最大相對殘余應變為1.57%，小于規范容許值20%。表明結構處于彈性工作狀態。