对某高速公路大桥荷载试验的分析
2017-09-18
荷载试验就是对桥梁进行直接加载测试的科学试验。桥梁荷载试验不仅要求工作人员具有丰富的现场经验，而且同时需要坚实的理论基础作为指导。某高速公路大桥全长1580.52m，主桥为66+5 120+66m刚构―连续组合梁桥，其中10、11号墩为梁墩固结的双薄壁墩。引桥分别为7 40、20 40m预应力混凝土连续T梁；主桥主梁采用预应力混凝土箱梁，为双箱单室截面；桥面宽度25.5m，最大纵坡：≤2.0% ，桥面横坡：1.5%，设计荷载：汽车-超20级，挂车-120，设计时速100km/h，双向四车道。下面对该大桥荷载试验进行分析。
1、静力荷载试验
桥梁静力荷载试验，主要是通过测量桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力，用以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符。它是检验桥梁结构实际工作性能，如结构的强度、刚度等的最直接和最有效的手段和方法。
1.1 测试断面及测点布置
测试截面选在箱梁跨中截面、1/4截面，支点截面以及T梁的跨中截面和支点截面。
1.2 试验方法
（1） 应变拟采用在箱梁表面粘贴型号为SM-5A型的钢弦式应变计，配匹振弦式读数器MB6TL系统测量；
（2） 控制截面挠度，采用Topcon精密电子水准仪进行测量，测量精度0.1mm；
（3） 结构控制部位的混凝土表面开裂情况，采用人工目力观测，辅助刻度放大镜测定裂缝宽度，裂缝长度和位置采用5m钢卷尺直接量测。
1.3 试验荷载
1.3.1荷载车参数
选用30吨的车辆进行加载试验，根据加载工况的不同选用不同数量的加载车。
1.3.2 试验工况
加载位置与加载工况的确定原则为：尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率，同时应考虑简化加载工况，缩短试验时间，在满足试验荷载效率的前提下对加载工况进行适当合并，每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他检验项目。
本次静载试验确定的加载工况有如下9种，其加载位置待计算后确定。
工况1：10#孔跨中截面在可变荷载作用下最不利正弯矩及最大竖向挠度效应的偏心加载试验；
工况2：10#孔跨中截面在可变荷载作用下最不利正弯矩及最大竖向挠度效应的对称加载试验；
工况3：10#孔L/4截面在可变荷载作用下最不利正弯矩及最大竖向挠度效应的偏心加载试验；
工况4：主桥9#墩支点截面在可变荷载作用下的最不利负弯距的偏心加载试验；
工况5：主桥边跨最大正弯矩截面在可变荷载作用下最不利正弯矩效应及最大竖向挠度的偏心加载试验；
工况6：主桥边跨最大正弯矩截面在可变荷载作用下最不利正弯矩效应及最大竖向挠度的对称加载试验；
工况7：引桥T梁跨中截面在可变荷载作用下最不利正弯矩效应以及最大竖向挠度的偏心加载试验；
工况8：引桥T梁跨中截面在可变荷载作用下最不利正弯矩效应以及最大竖向挠度的对称加载试验；
工况9：引桥T梁支点截面在可变荷载作用下最不利剪应力的偏心加载试验。
1.3.3 试验荷载效率
本次静力荷载试验所施加的外荷载拟采用每辆重约300kN的三轴载重汽车充当，就某一加载试验项目而言，其所需加载车辆的数量，将根据设计标准活荷载产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利效应值，按下式所确定的原则等效换算而得。
式中：η― 静力试验荷载效率；
Sstat― 试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的
控制截面内力或变位等的最大计算效应值；
S― 设计标准活载不计冲击荷载作用时产生的该加载试验项目对应的控制截面内力或变位等的最不利计算效应值；
（1+μ）― 设计计算取用的冲击系数。
试验荷载与加载得到的各个截面内力值与设计值相比为荷载效率系数。
本次静力荷载试验所需的加载车辆的数量，经计算分析后确定。
1.3.4 加载方式与分级加载
为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线，防止结构加载意外损伤，就某一加载试验项目，其静力试验荷载宜分级加载，分级卸载。
加载方式为单次逐级递加到最大荷载，然后分级卸至零荷载。本次试验加载分四级加载、一次卸载。
1.3.5 试验加载程序
（1）在进行正式加载试验前，宜用两辆载重加载车在桥跨L/2和L/4进行横桥向对称的预加载，预加载试验每一加载载位的持荷时间以不少于20分钟为宜。预加载的目的在于，一方面是使结构进入正常工作状态，另一方面是检查测试系统和试验组织是否工作正常。预加载卸至零荷载，并在结构得到充分的零荷恢复后，才可进入正式加载试验。
（2）正式加载试验按加载工况序号逐一进行，完成一个序号的加载工况后，应使结构得到充分的零荷恢复，方可进入下一序号的加载工况。结构零荷载充分恢复的标志是，实测结构的最大变位在最后一个10分钟内的增量小于第一个10分钟内增量的15%。
1.3.6 静力试验规则
（1）静力试验应选择在气温变化不大于2℃和结构温度趋于稳定的时间间隔内进行。试验过程中在量测试验荷载作用下结构响应的同时应相应地测量结构表面温度；
（2）静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。同一级荷载内，若结构变位在最后5分钟内的变位增量小于第一个5分钟内变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定； （3）全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应立即读数一次，并在结构变位达到相对稳定后，进入下一级荷载之前再读数一次。只有对结构变位较大的测点，宜每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定；
（4）若在加载试验过程中发生下列情况之一应立即终止加载试验：控制测点应力或力值超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力或力值时；控制测点变位超过规范允许值时；由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。
2、动力荷载试验
桥梁动力荷载试验的主要目的是测试桥跨结构的动力特性指标（自振特性指标和动荷载作用下的振动特性指标），以检验这些指标能否满足设计或规范规定，并对桥跨结构健康建立初始动力特性基准参数。
2.1 脉动试验
脉动试验是指在桥面无任何交通荷载以及附近无规则振动源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激励而引起的桥跨结构的微小振动响应（脉动响应）。
2.2 无障碍行车试验
在桥面无任何障碍的情况下，用一辆载重汽车（总重约300kN）沿桥面轴线，分别以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h的速度驶过桥跨结构，测定桥跨结构在行车车辆荷载作用下的动力反应。
2.3 跳车试验
试验时，让1 辆300kN 试验车的后轮在主桥跨中位置从高度为15cm 的三角形垫木突然下落，从而对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动。测定此时桥梁跨中的最大动挠度及其相应的激振频率。
参考文献：
1.谌润水，胡钊芳编著.公路桥梁荷载试验[M].人民交通出版社， 2003
2.蔡琴.有限元模型在车桥系统不确定性动态分析中的应用[J].科学技术与工程.2013（03）
3.史明亮.静力荷载试验中关于加载以及控制荷载的影响分析[J].黑龙江交通科技.2013（01）
4.肖伟，张玉伟.某曲线连续梁桥的静力荷载试验分析[J].交通科技与经济.2013（01）
作者简介：
王丽丽（1982.10- ），女，汉族，浙江宁波人， 2009年7月毕业于重庆交通大学，现就职于浙江湖州市交通工程处，工程师。研究方向：道路与桥梁、公路水运试验检测。
