例谈桥梁静动载试验和结构评定

例谈桥梁静动载试验和结构评定
为了全面检测大桥的强度、刚度和承载能力并进行综合评定，对该大桥进行静动载试验是非常全面而且有效的办法[1]。

1. 桥梁概况
霍林郭勒市南广场公铁立交桥工程位于霍林郭勒市霍通线K417+797.53处，桥跨布置为3-30+（40+60+40）+8-30米，其中40+60+40为现浇连续箱梁，梁截面为单箱3室截面，其余为装配式预应力混凝土箱梁，下部为柱式桥墩、U型桥台，桩基础结构。

图1为霍林郭勒市南广场公铁桥桥型布置图。

2.数值模拟分析
大桥采用桥梁博士3.0进行建模计算。

首先在修正模型基础上进行运营荷载组合计算，得到相应最不利断面，确定实验和检测断面。

实验前计算出各控制断面的内力影响线以确定加载车辆及如何布置。

接下来根据具体的加载方案利用有限元软件计算得出在荷载作用下各测点的挠度、应变值和桥梁的自振频率。

Fig.2 Structure finite element model diagram
3.静载试验
3.1测点布置
根据待检桥梁结构的特点及外业调查的结果，同时考虑到便于检测工作的可操作性，由图1，选择1号墩和3号墩之间第2孔、第3孔作為本次荷载试验的试验孔。

根据《公路桥梁承载能力评定规程》（JTG/T21-2011）8.1.3条文，选择如下项目作为主要加载测试项目：
①跨中截面最大正弯矩和挠度；
②支点截面最大剪力和最大负弯矩；
⑴挠度测点
应用激光挠度仪对挠度检测点进行监测，共布置6个挠度监测点，激光挠度仪靶标布置在相应位置的梁底，具体位置见图3、4。

图3挠度监测点平面布置图4挠度监测点横向布置
Fig.3 Deflection monitoring points layout Fig.4 Deflection of horizontal monitoring points layout
⑵应变测点
共布置10个混凝土应变监测点，分别在L/2截面梁底布置1#～6#、8#、9#混凝土应变计、在L/4截面3号梁梁底布置7#混凝土应变计，在支点截面6号梁侧面布置10#混凝土应变片。

3.2静载试验加载工况
根据《公路桥梁承载能力评定规程》（JTG/T21-2011）条文8.1.2的规定，静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定。

静力荷载试验效率介于0.95～1.05之间。

经过等效计算，确定选择6辆46T重车进行加载试验。

根据霍林郭勒市南广场公铁立交桥工程具体情况，经过分析后确定分3个加载工况进行加载。

工况一、工况二为对L/2截面最大正弯矩对称加载；工况三为对支点截面最大剪力加载。

各工况加载效率均在95%以上，具体荷载布置情况见图7～10。

试验过程按照分级控制加载的方式进行加载，采用一次慢速有序方式加载。

加载制度如下：
①进行各试验加载截面约1/3～1/2满载的预加载，以消除支承及连接间隙并检查人员就位及仪器工作状况；
②各工况按照加载车辆数目自然分级，必要时采用分段进行就位方式进行分级，分2～4级加载；
③各工况按照一次慢速有序方式卸载，以避免冲击作用、保证结构及人员安全。

3.3静载试验结果分析
静力荷载试验结构校验系数，是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比较，从表1可见，校验系数在0.35～0.63之间，说明结构的实际刚度远大于计算刚度。

本桥的静载试验结果有如下特点：静载试验过程中挠度实测值均小于计算值，且校验系数均小于1，说明桥梁结构梁体刚度满足要求；静载试验过程中应变检
测点除个别点外校验系数亦小于1，此外，主要检测点的残余应变均小于10%，说明试验过程中桥梁结构处于弹性工作状态。

4.动载试验
根据结构的振动原理、结构的振动特点及试验现场的条件，确定动态测点的位置。

要求结构在自振、移动荷载作用时，能够充分反映出桥梁在激振力作用下的动态响应，从而对桥梁的动态效应作出准确的评价。

通过桥上不值得传感器，得到南广场跨河桥的竖向震动一阶频率如表3，有限元计算频率为 2.12Hz，通过表中数据对比说明桥梁竖向整体刚度满足设计要求。

动载试验结论：
①试验过程以不同的车速跑车、刹车作用时，没有发现动应变急剧增加并在相当长的一段时间内保持很大数值的现象。

②跑车作用下，南广场跨河桥实测最大动力放大系数如表4，其冲击系数均小于依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.2条计算值，桥面总体较平顺。

当f<1.5Hz时？=0.05
当1.5Hz<f</f
当f>14Hz时？=0.45
应力冲击系数计算值为0.149，实测应力冲击系数满足规范要求。

①在静载试验作用下，挠度实测值与计算值的变化规律一致，并且校验系数在0.35～0.63之间，说明结构的实际刚度大于计算刚度，满足设计要求。

②在静载试验作用下，应变实测值与计算值的变化规律一致，并且校验系数在0.42～0.96之间，说明结构的实际强度大于计算强度，结构具有足够应力储备。

③跑车作用下，南广场公铁立交桥实测最大动力放大系数为1.015，其冲击系数均小于依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.2条计算值，桥面总体较平顺。

参考文献
[1] 交通部公路科学研究所，大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京人民交通出版社，1982.
[2] 交通运输部公路科学研究院，公路桥梁承载能力评定规程[M]. 人民交通出版社，2011.
[3] 中交公路规划设计院，公路桥涵设计通用规范[M]. 人民交通出版社，2004.。