桥梁静载试验及数据分析

浅谈桥梁静载试验及数据分析

摘要:桥梁静载试验是对桥梁结构工作状态进行直接测试的一种鉴定手段。检测结果是桩基工程质量验收的重要依据。介绍了工程实例，对桥梁的静载试验，对应力、挠度与裂缝变化等测试数据进行了分析。

关键词:桥梁承载力；静载试验；数据分析

随着我国交通事业的不断发展，采用新结构、新材料、新工艺的桥梁结构日益增多，这些桥梁在设计、施工中必然会遇到一些新问题，其设计计算理论或设计参数需要通过桥梁试验予以验证或确定，在大量试验检测数据积累的基础上，就可以逐步建立或完善这类桥梁的设计理论与计算方法。桥梁静载试验是测量桥梁在各种静力荷载工况下的各个控制截面的应力应变及结构的变形，从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符，它是检验结构强度、刚度以及其他性能最直接、最有效的方法，且直观可信，得到技术人员的普遍认可。

1工程概况

某大桥位于广东佛山，是一座三矮塔双索面部分斜拉桥，跨径组成为120m+2×210m+115m+30m=685m，主跨跨径在国内同类型桥梁中位居第一位，设计荷载等级为公路—ⅱ级。由于该桥的技术指标高、地质条件复杂、施工环境恶劣，被浙江省交通厅列为全省五大难点重点工程之一。为了检验桥梁结构的设计、施工质量，保证桥梁交工以后结构的安全和正常运营，对该桥进行包括外观质量检

查、斜拉索恒载索力测试、静载试验、动载试验及自振特性测试等内容的交工荷载试验。

2静载试验

静载试验是检验桥梁结构在设计荷载作用下桥梁工作状态与工作性能的有效手段。通过对桥跨结构进行静荷载加载，并测量试验荷载作用下的控制截面应力和挠度等指标，在与理论计算值及相关规范进行比较后，检验实际结构的强度和刚度是否满足设计及规范要求。

2.1测试内容

由于该桥各跨的外观质量基本一致，混凝土强度等级相当，因此选择受力较大的三跨进行静载试验，即120m跨和两个210m跨。测试内容包括应力测试与挠度测试。

2.2测试断面及测点布置

应力测试断面为试验三跨的最大正弯矩断面和负弯矩断面，具体位置见图1，应力测点布置见图2，挠度测点布置见图3。

图1 应力测试断面位置图（单位：cm）

图2 应力测点布置图

图3 挠度测点布置图（单位：cm）

2.3试验荷载与加载工况

考虑到现场加载条件，根据规范要求的静载试验荷载效率以及各控制截面的设计活载内力值，采用10辆每辆总重300kn左右的三轴重车进行加载。试验加载车辆纵向加载位置由各测试断面的内

力影响线来确定，选用一定数量的重车分别作用于相应测试断面的影响线数值较大处;横向布置包括中载和偏载两种方式，其中中载为沿桥面车道中心线对称布置车列，偏载为加载车辆按《公路桥涵设计通用规范》规定的横向最大偏心状态布置，加载车辆横向布置见图4。

图4 试验荷载横向加载位置图

各控制断面的试验荷载效率系数为0．90～0．96，满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》规定的试验荷载效率系数为0．8～1．0。

3试验数据与分析

3.1校验系数

为了检验试验荷载作用下主要测点的效应实测值与相应的计算值的差异，一般采用主要测点效应校验系数η进行检验: η=

其中，se为试验荷载作用下量测的弹性变形(或应力)值;ss为试验荷载作用下的理论计算变形(或应力)值。

主要测点效应校验系数η是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标，一般要求效应校验系数η≤1．0。对于预应力混凝土梁桥应力(或应变)校验系数的常值范围为0．50～0．90，挠度校验系数的常值范围为0．60～1．00，η值越小，结构的安全储备越大。

各主要测试断面的最大挠度的校验系数为0．62～0．65，最大应力的校验系数为0．51～0．97，均不大于1，且满足应力与挠度

校验系数的常值范围，实测挠度值小于规范容许值，因此满足设计与规范要求。

3.2相对残余变形

相对残余变形(或应变)是检验结构弹性恢复能力的一个重要指标，其表达式如下式所示:

sp’=×100%

其中，sp’为试验荷载作用下所产生相对残余变形(或应变);st 为试验荷载作用下所产生的总变形(或应变);sp为试验荷载卸载后的残余变形(或应变)，sp=st－se，se为试验荷载作用下所产生的弹性变形(或应变)。

测点在控制加载程序时的相对残余变形(或应变)sp’越小说明结构越接近弹性工作状态，一般要求sp’≤20%。

各测试断面主要测点相对残余变形为1．0%～2．8%，相对残余应变为0．0%～3．9%，均符合相对残余变形(或应变)容许值sp’≤20%的规定，因此该桥具备较好的弹性恢复能力。

3.3裂缝检验

根据外观质量检查结果，箱梁内部存在少量的顶板纵桥向裂缝、横隔板竖向裂缝和u形裂缝，裂缝宽度为0．08mm～0．20mm，从中挑选有代表性(裂缝宽度较大，裂缝长度较长)的裂缝进行观测。裂缝测点位置如下:1号测点为s2断面处的顶板纵桥向裂缝，2号测点为s2断面附近的横隔板竖向裂缝，3号测点为s3断面处的顶板纵桥向裂缝，4号测点为s3断面附近的横隔板u形裂缝，5号测点

为s4断面附近的横隔板u形裂缝。在静载试验的车辆荷载作用下，1号，3号和4号测点的裂缝宽度均呈闭合趋势，闭合0．001mm～0．002mm，2号测点的裂缝宽度没有变化，5号测点的裂缝宽度最大增大0．001mm，所有裂缝在卸载后均恢复到初始状态;裂缝的长度未见发展，且在这些裂缝的周围未出现新裂缝。由此说明，在静载试验的车辆荷载作用下，箱梁内部各裂缝无明显变化，裂缝基本处于稳定状态，不影响结构的安全性，但考虑结构的耐久性，建议封闭这些裂缝。

4结束语

通过静载试验，大桥在相当于设计规定的荷载等级(公路—ⅱ级)的试验荷载作用下，应力与挠度校验系数符合预应力混凝土的常值范围，实测挠度值小于规范容许值，相对残余变形与应变小于20%，箱梁内的裂缝在车辆荷载作用下无明显变化，因此桥梁的承载能力均满足设计与规范要求，结构具备较大的安全储备和较好的弹性恢复能力。但箱梁内部存在的裂缝影响结构的耐久性，建议封闭这些裂缝。

参考文献

[1] 于锐，桥梁静载试验检测方法[j].价值工程，2010.24

[2] 张格，荷载试验在旧桥承载力评估中的应用[j].交通标准化，2010.23