公路桥梁承载能力试验与检测方法_谌润水

由于本桥跨径大， 测试范围长， 桥面宽， 设计荷载 标准高等特点， 如采用通常用汽车加载， 按设计规范的 ４ 列车队满布桥面的方法， 则需要大量的重型车辆， 不 仅这种车辆一时难以寻找和集中， 而且需花费过多的经 费。为此， 本次试验采取对上述截面测取实桥在试验荷 载作用的实际混凝土应力和挠度纵向影响线， 并和试验 荷载作用下理论计算的大桥相应截面的混凝土应力和挠 度值进行比较分析， 从而鉴定大桥是否符合设计要求和 能否满足正常使用。 ６．４ 试验加载汽车纵向车位布置
４．１ 桥梁承载能力定量检测程序 对公路桥梁实施荷载试验用于检测和评定其承载能
力和实际状况， 应遵循内外相统一的因果规律， 通过由 现象到本质、由表及里的深化认识和跟踪， 从检测和现 场荷载试验入手， 寻求桥梁现状和承载力的定性关系， 从而确定桥梁具体测试方案、测试孔跨及其测试部位， 按逐级加载的多工况实施静态测试； 按不同车速进行动 态测试； 利用应力释放原理， 施测结构自重恒载应力 （ 有 条 件 和 具 有 相 应 测 试 仪 器 可 考 虑 做 此 项 测 试 工 作） 及混凝土弹性模量； 对结构几何尺寸作空间变形观测； 对混凝土材料标 ＃ 用综合法作探测试验等等。在一系列 实测数据的基础上， 将实测值与理论值作相似条件下的 对比分析， 以校验系数作为指标参数和合理性的衡量标 准。由此， 对得出的承载力指标， 再经过可靠度分析和 实际状况评定， 从而确定桥梁实际承载能力和实际状 况。 ４．２ 桥梁纵向影响线的测试
了设计计算工作。相应的公路桥梁承载能力试验与检测工作也应调理， 重点测试桥梁的内力纵向影响线和荷载横
向分布系数， 进而分析评定桥梁的实际承载能力。
关键词： 公路桥梁； 承载能力； 纵向影响线； 试验； 检测； 方法
中图分类号： Ｕ４４６
文献标识码： Ｂ
１ 公路桥梁承载力试验的目的与作用
全国每年都有一大批结构新颖、雄伟壮观、形式多 样的桥梁建成， 无论在桥梁单跨跨度、结构复杂程度和 施工技术难度方面， 我国桥梁建设技术水平已进入世界 先进之列。
但对 Ｌ／４ 等位于纵梁上的各测点与上述载位系统 中 各载位的后轴作用位置不重合， 只能求得这些测点在这 些载位下的影响值， 而无法直接求得这些测点的影响线 峰值。
为了能实测到该测点的峰值， 可在此点布置另一载 位的后轴， 并向前或向后递推到其它载位， 直到桥面的 一端， 组成一个补充载位系列。如图 １ 所示， 为了补充
对于新的汽车荷载标准《， 通用规范》的条文说明是： 原规范汽车荷载的计算图式是一辆加重车和具有规 定间距的若干辆标准车组成的车队表示的， 实践表明这 种图式对人工和计算机加载计算都不很方便， 且计算效 应随桥梁跨径的变化是不连续的。而采用由均布荷载 ｑｋ 组成的图式， 只要知道桥梁的影响线面积和最大竖坐 标， 荷载效应即可计算出来， 并且这些影响线面积和竖 坐标值可在桥梁设计的有关手册查得或通过较为简单的 计算得到。 规范所规定的车道荷载实际上是一个虚拟荷载， 它
作者简介： 谌润水 （ １９６０－ ） ， 男， 江西南昌人， 研究员， 研究方向为桥梁结构分析与加固改造技术。
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ＧＯＮＧＬＵ Ｊ ＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｉ ＹＩＮＧＹＯＮＧ ＪＩＳＨＵ ＢＡＮ
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的标准值 ｑｋ 和 ｐｋ 是由对汽车车队 （ 车重和车距） 的测定 和效应分析得到的。
（ ２） 由图 ２ 可知， 在两辆罗曼车作用下， 无论是跨 中截面的混凝土和钢筋应力， 还是 Ｌ／４ 和拱脚截面混凝 土应力， 其沿桥跨的纵向分布情况， 以及相应的纵向影 响线均和理论情况相吻合。说明该桥的施工质量和使用 性能较好。拱上建筑与拱圈联合作用明显。
６ 连续箱梁桥承载能力测试实例
６．１ 大桥概况 江西吉安赣江公路大桥全长 １５７７．０８ｍ。全桥桥孔布
反映桥梁承载力的主要指标当数各控制截面的内力 或应力， 按新规范要求， 当桥梁的纵向影响线和最大竖 坐标已知后， 荷载作用效应（ 内力或应力） 即可得到， 桥 梁的承载能力也就知道。
下面结合工程实例， 介绍采用双轴荷载测定桥梁控 制截面内力纵向影响线的方法， 进而对桥梁承载能力进 行评定。
５ 拱桥承载能力测试实例
５．２ 测定主拱圈纵向影响线 为测定主拱圈混凝土和钢筋应力沿拱跨纵向分布情
况， 即纵向影响线， 测试时采用两辆罗曼车偏下游布 载， 共计 １０ 个车位（ 见图 １） 。
图 １ 测试纵向影响线加载车位纵向布置图
５．２．１ 用双轴荷载测定纵向影响线方法 为了测得纵向影响线， 须采用图 １ 方式布载， 将一
辆双轴汽车顺桥向布置在各载位上， 所得某测点相应的 应变示于相应载位的纵坐标上， 并用迭代法求得该测点
位置影响线纵坐标值ｙｉ 。
设 车 辆 的 前 轴 重 Ｐ１， 后 轴 重 Ｐ２， 测 点 的 实 测 值 为
ｙｉ， ｉ 为后轴的载位顺序。则影响线纵标为ｙｉ ：
ｉ＝１ 时，
ｙ１
＝
ｙ１ Ｐ２
ｉ＝２ 时，
本次试验的目的是检测大桥结构的刚度、强度和整 体受力性能， 检验大桥是否符合设计要求及能否正常使 用。因此， 根据本桥主桥设计特点， 以及正负弯矩分布 情 况 ， 在 汽 车－ 超 ２０ 级 荷 载 作 用 下 最 大 正 弯 矩 位 于 距 ３９＃ 桥墩支座中心沿赣州方向 １０８．９ｍ 处跨中截面 （ 以下 称 Ａ 截面） ， 最大负 弯矩位于距 ３９＃ 桥墩支座中心沿赣 州方向 １７３．３４ｍ 处支座截面（ 以下称 Ｂ 截面） 。各 Ｖ 型桥 墩墩顶设纵横系梁是保证 Ｖ 形墩正常工作的重要部件， 纵向系梁为预应力混凝土， 横向系梁为普通钢筋混凝 土。为此， 测试截面定为 Ａ 截面、Ｂ 截面及 ４１＃ 桥墩墩 顶纵系梁中点截面（ 以下称 Ｃ 截面） 。 ６．３ 测试方法
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公路桥梁承载能力试验与检测方法
１，３
２
谌润水 ， 吴后选
（１． 华东交通大学， 江西 南昌 ３３００１３； ２． 昌樟高速公路公司， 江西 南昌 ３３００２５；
３． 江西省交通科学研究院， 江西 南昌 ３３００３８）
摘 要： 我国公路桥梁的设计荷载标准已作了重大调整， 不仅和国际标准模式接近， 更加符合实际情况， 也简化
ｙ２
＝
ｙ２
－
Ｐ１·ｙ１ Ｐ２
ｉ＝２ 时，
ｙｉ
＝
ｙｉ
－
Ｐ１·ｙｉ－ Ｐ２
１
逐次迭代， 即可求得各载位上的纵向影响线纵坐标
值ｙ１ 。 为了求得某测点的纵向影响线峰值， 应首先把荷载
的后轴置于该测点的位置上， 然后以此递推其他载位。 如图 １ 中载位①～载位⑩的载位 系列可求得拱顶截面上 各测点的影响线峰值， 因为其中载位⑤的后轴正好位于 拱顶截面上。
５．１ 黄花大桥概况 黄花大桥位于江西省萍乡市的 ３２０ 国道上， 是一座
钢 筋 混 凝 土 双 曲 拱 桥 ， 全 长 １８８ｍ， 主 桥 ３ 跨 ， 每 跨 净 距 ２８．５ｍ。 主 桥 设 计 荷 载 ： 汽 － １３， 拖 － ６０， 桥 面 净 宽 ７．３ｍ， 无 人 行 道 ， 矢 跨 比 １／６， 设 计 拱 轴 系 数 Ｍ＝２．２０， 主拱圈宽度为 ８ｍ， 拱圈厚 ０．８８ｍ， 立柱式腹拱墩。下部 构 造 为 ： １５＃ 片 石 混 凝 土 实 体 墩 和 桥 台 ， 桥 墩 顶 宽 ２．５ｍ， 基础均为明挖扩大基础。
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图 ２ 实测各截面内力纵向影响线
５．３ 桥梁荷载横向分布系数测定 为测定桥梁的荷载横向分布情况， 分别在试验孔拱
顶和 Ｌ／４ 截面加载测得主拱圈挠度， 进而求得桥梁的实 际横向分布系数。 ５．４ 大桥承载能力测试结果
（ １） 由实测的桥梁荷载横向分布系数可知， 大桥各 肋分配内力较均匀， 整体性能较好。
随着科学技术的进步， 桥梁结构的设计方法和设计 理论都有了根本性的变化， 然而影响桥梁工程质量的许 多不确定因素仍然存在， 对于建成后的桥梁工程质量， 人们更希望了解和掌握其使用性能和效果。
对那些影响较大、结构新颖、隐蔽工程较多的桥梁 进行全桥实桥荷载试验， 是竣工验收时对桥梁工程内在 质量进行评判时最直接和有效的方法和手段。同时亦为 设计理论、施工技术总结积累经验， 为桥梁建设的整体 水平提高创造条件， 为今后桥梁的养护管理提供科学依 据。
截 面 Ｌ／４ 的 峰 值 ， 补 充 载 位 系 列 为 载 位 １１ 和 １３ 组 成 ，
载 位 １３ 的 后 轴 作 用 点 在 截 面 Ｌ／４ 上 。 为 了 保 证 数 据 正
确， 荷载要准确称重， 作用点位置要尽可能对准。 ５．２．２ 实测各截面内力纵向影响线（ 如图 ２）
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置为 ３４×１６ｍ 空心板＋５×４０ｍＴ 梁＋（ ６０＋４×１００＋６０） ｍ 连续
箱梁 （ 主桥） ＋２×４０ｍＴ 梁＋１４×１６ｍ 空 心 板 。桥 面 净 空 为 净－ １５＋２×１．７６ｍ 人行道。设计荷载： 汽车－ 超 ２０ 级， 挂 车－ １２０， 人群荷载 ３．５ｋＮ／ｍ２。
本桥主桥上部构造为双箱单室连续箱梁， 下部构造 为 Ｖ 形预应力混凝土墩， 基础为 !１．８ｍ 钻孔灌注桩。 ６．２ 试验目的和内容
试验时加载汽车纵向车位布置是从 ３９＃ 桥墩上的连 续箱梁端部开始， 向赣州方向每隔 ８ｍ 作为一 个测试车 位， 用红油漆和钢尺在桥面上 标 出 。共 计 布 置 ４１ 个 车 位， 计加载范围总长 ３３５ｍ。此时加载后对 Ａ、Ｂ、Ｃ 截 面产生的应力和挠度值很小， 可以不考虑其影响。 ６．５ 测试成果分析 ６．５．１ 实测各控制截面内力纵向影响线（ 见图 ３） ６．５．２ 测试成果分类整理（ 见表 ２～表 ６）
３ 解读新的汽车荷载标准
美国早在 １９４４ 年就在 美 国 公 路 桥 梁 规 范（ ＡＡＳＨＯ） 中采用车辆荷载与车道荷载， 即双轨制的活载标准， 用 以补充活载设计标准的缺陷与不足。采用车道荷载的最 大优点是， 车道荷载便于在影响线上布载， 一旦影响线 形状、面积及最大坐标值已知， 则加载手续简便， 计算 工作量少； 而对于特定桥型结构的桥梁， 其内力影响线 又是一定的。所以， 为简化桥梁活载标准， 同时也是为 了更加符合桥梁实际使用情况， 我国公路桥梁的汽车荷 载标准采用国际上常用模式是利多弊少的。
６．５．３ 测试成果分析
表 １ 主拱圈（ 跨中和 Ｌ／ ４ 处） 实测挠度与横向分布系数
序号
截面肋号 加载位置
跨中
Ｌ／４
１
２
３
４
５
１
２
３
４
５
１
拱顶位置
０．５５ ０．６０ ０．７０ ０．８０ ０．５６５ ０．０２３ ０．０２５ ０．０２６ ０．０２９ ０．０３０
２
Ｌ／４ 处加载
０．１０ ０．０７５ ０．１２ ０．０５５ ０．１５ ０．０５６ ０．０６３ ０．０６５ ０．０６７ ０．０６９
２ 新的公路桥梁汽车荷载标准
我 国 颁 布 的 行 业 标 准《 公 路 工 程 技 术 标 准 》 （ ＪＴＧＢ０１－ ２００３） ， 将使用近 ４０ 年的原公路桥涵结构设计 采用的车辆荷载标准模式及其分级作了重大调整。一是 将四级标准车队荷载改为公路－ Ⅰ级、公路－ Ⅱ级两级汽 车荷载； 二是汽车荷载采用了国外普遍采用的车道荷载 和车辆荷载组成的模式； 另外， 从形式上取消了验算荷 载， 将验算荷载的影响通过多种途径间接地反映到汽车 荷载模式中。
而《 公路桥涵设计通用规范》（ ＪＴＧＤ６０－ ２００４） 亦提出
在公路桥涵设计时， 车道荷载横向分布系数应按设计车 道数布置车辆荷载进行计算； 同时多车道桥梁上的汽车 荷载应考虑多车道折减； 当桥梁计算跨径大于 １５０ｍ 时， 还应按规定的纵向折减系数进行折减； 当为多跨连续结 构时， 整个结构应按最大的计算跨径考虑汽车荷载效应 的纵向折减。
在桥梁设计时， 为取得主梁的最大受力， 汽车荷载 在桥面上需要偏心加载， 其方法仍可用车辆荷载偏心加 载， 从而得到汽车荷载横向分布系数。
为适应新的汽车荷载标准， 在进行公路桥梁承载力 试验和检测时， 则应重点测试桥梁的内力纵向影响线和 荷载横向分布系数， 进而分析评定桥梁的实际承载能力。
４ 公路桥梁承载能力试验与检测方法