王超

安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230051

引言

現(xiàn)如今是城市飛速發(fā)展的時代，城市高架的建設(shè)與發(fā)展顯得尤為重要，城市高架的建設(shè)使地區(qū)與地區(qū)之間的經(jīng)濟交流關(guān)系更加密切，而且還影響居民的出行體驗，使居民出行更加便利快捷。然而隨著大量城市高架的建成以及舊高架的養(yǎng)護改建，且近些年全國各地區(qū)出現(xiàn)的城市高架倒塌事件，讓如何保證城市高架建設(shè)穩(wěn)定性和安全性，成為建設(shè)方以及各參建方密切關(guān)注的問題。而荷載試驗檢測作為一種重要的道路橋梁檢測方式，對于其運營承載力的判斷是非常精確的[1]。

1 橋梁荷載試驗任務(wù)

1.1 檢驗橋梁設(shè)計與施工質(zhì)量

現(xiàn)新建和改擴建高架或者有特殊設(shè)計的橋梁，在交竣工驗收時一般都會要求進行橋梁荷載試驗，并且把試驗結(jié)果作為評定橋梁優(yōu)劣的主要材料和依據(jù)，另一方面，橋梁工程師通過橋梁荷載試驗了解橋梁在活荷載作用下荷載的極限狀態(tài)行為，且可以分析驗證有關(guān)應(yīng)力水平、荷載分布的假設(shè)。

1.2 評定橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載內(nèi)力

目前，全國有很多以前建設(shè)的設(shè)計荷載偏低的橋梁，已經(jīng)無法適應(yīng)目前的交通發(fā)展的需要了，對于此類橋梁在改建和擴建后的質(zhì)量，還是很有必要通過荷載試驗驗證其荷載能力的。

1.3 驗證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及設(shè)計理論

隨著橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，在橋梁工程施工中會不斷地出現(xiàn)新工藝，新材料，新結(jié)構(gòu)，對于這些新方法，新材料的引用實踐，橋梁荷載試驗數(shù)據(jù)同時也可以提供有力的參考價值。

1.4 橋梁結(jié)構(gòu)動態(tài)反應(yīng)及動力特性的測試研究

橋梁在服役期間必然會遇到動力荷載作用下產(chǎn)生的震動和動態(tài)增量以及沖擊系數(shù)，橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能和輕柔結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定等，所以更應(yīng)該對橋梁動態(tài)反應(yīng)和動力特性進行檢驗檢測和研究[2]。

2 橋梁荷載試驗中關(guān)于結(jié)構(gòu)分析的必要性

在現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG3362-2018）和檢測規(guī)范《公路水運工程試驗檢測機構(gòu)等級標(biāo)準(zhǔn)》對于有限元模型計算和橋梁計算分析軟件要求越來越明確，所以不光從設(shè)計角度還是檢測角度來講，有限元分析都是強有力輔助手段。

現(xiàn)在的橋梁結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，空間效應(yīng)越來越明顯，二維平面計算已經(jīng)滿足不了計算精度要求，同時也滿足不了計算周期的要求。

3 等效靜載布置的流程

3.1 建立結(jié)構(gòu)靜力分析模型

對結(jié)構(gòu)的邊界條件、荷載、作用和剛度分布進行了充分的模擬，可以更好地提取理論結(jié)果。其實單從檢測角度建立靜模型并不需要和設(shè)計時建立模型一樣復(fù)雜，不需要輸入預(yù)應(yīng)力鋼束及普通鋼筋；不需要定義自重鋪裝和恒載；不需要定義支座沉降與溫度作用[3]。

3.2 計算設(shè)計荷載的結(jié)構(gòu)響應(yīng)

應(yīng)提取控制段的內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷載力，作為滿足試驗規(guī)范中試驗段要求的等效靜荷載布置的目標(biāo)。

3.3 確定等效靜載加載位置

根據(jù)影響線和最不利布置原則，計算加載車輛數(shù)量并監(jiān)控具體加載位置，使加載截面達到相同或等效的內(nèi)力響應(yīng)水平。

3.4 判斷加載效率

根據(jù)《公路橋梁荷載規(guī)程》計算等效靜載的加載效率，作為判斷出具的靜載試驗方案是否合理的主要依據(jù)。

4 橋梁靜載試驗計算

4.1 計算模型的建立

梁橋的工作狀態(tài)是在分級靜載試驗后確定的，其內(nèi)力的最不利位置是根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖和常規(guī)結(jié)構(gòu)試驗的結(jié)果確定的。

4.1.1 由橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件Midas/Civil2016計算得出的彎矩包絡(luò)圖見圖1所示。經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析精確的計算確定該聯(lián)的內(nèi)力控制斷面。

經(jīng)過分析，確定的3個主要內(nèi)力控制斷面分別為：

4.1.1.1 邊跨最大正彎矩斷面；

4.1.1.2 支點負彎矩斷面；

4.1.1.3 中跨跨中最大正彎矩斷面[4]；

圖1 主橋右幅（97.687+153+97.506）m標(biāo)準(zhǔn)活載作用下全橋彎矩My包絡(luò)圖

根據(jù)包絡(luò)圖，經(jīng)分析確定3個主要內(nèi)力控制斷面見圖2：

圖2 主橋右幅（97.687+153+97.506）m各測試控制斷面布置圖 （單位：cm）

由各控制斷面確定的荷載試驗工況： A截面處箱梁最大內(nèi)力及撓度的對稱加載試驗；該控制斷面處的彎矩影響線見圖3。

圖3 A斷面處彎矩影響線圖

4.2 靜載測點布置

在橋梁的每個正彎矩和負彎矩控制斷面布置不少于7個應(yīng)力（應(yīng)變）測點，主要是為了測試橋梁主要構(gòu)件的每個控制斷面在最大彎矩的作用下的受力情況[5]。靜載測點布置見圖4所示：

圖4 截面靜載測點布置圖

4.3 結(jié)構(gòu)剪應(yīng)變（剪應(yīng)力）測點布置

采用直角型應(yīng)變花，1組直角型應(yīng)變花由3支呈45°間隔分布的傳感器組成。在支點截面附近處腹板表面布置1組應(yīng)變花，主要測量支點附近結(jié)構(gòu)在中性軸附近的剪應(yīng)力和主拉應(yīng)力[6]。3支傳感器編號分別為E0、E45、E90。腹板表面應(yīng)變花測點的具體構(gòu)造見圖5。

圖5 應(yīng)變花具體構(gòu)造圖 （單位：cm）

4.4 靜載試驗荷載效率系數(shù)按下式計算。

式中：Sstat：靜載試驗荷載的作用下加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計算效應(yīng)值；S：控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計算值；μ：沖擊系數(shù)[7]。

5 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果評定

橋梁荷載試驗和橋梁完工狀態(tài)下單梁荷載試驗的數(shù)據(jù)處理基本相同，計算出結(jié)構(gòu)的總位移值（或總應(yīng)力）、結(jié)構(gòu)的彈性位移（或應(yīng)力）值、結(jié)構(gòu)的殘余位移（或應(yīng)力）值，相對殘余位移（或電壓）和校準(zhǔn)系數(shù)值。此外，當(dāng)有支點發(fā)生沉降時時，必須校正沉降點。

6 結(jié)束語

本文對試驗內(nèi)容、實驗?zāi)康?、試驗條件、荷載施加、計算模型建立、計算跨徑的選擇、測點布置及加載方式做了基本闡述，在試驗過程中需要對多個截面試驗工況進行分析，文中只針對個截面進行分析，希望對類似項目橋梁荷載試驗檢測工作具有參考意義。