丁 印

（上海同豐工程咨詢有限公司，上海市 200444）

0 引言

隨著我國日益增長的交通量及公路運(yùn)輸業(yè)汽車荷載等級的提高，既有橋梁的耐久性及承載能力等相關(guān)問題越來越為大家所關(guān)注。對橋梁進(jìn)行檢測成為保證橋梁正常運(yùn)營的重要措施[1]。當(dāng)對橋梁特別是特殊結(jié)構(gòu)的橋梁進(jìn)行檢測與檢算分析尚無法明確評定橋梁承載能力時(shí)，可采用荷載試驗(yàn)來測定橋梁的實(shí)際工作狀況和使用能力[2-3]。靜載試驗(yàn)主要通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加與設(shè)計(jì)荷載或使用荷載基本相當(dāng)?shù)耐廨d，測試橋梁結(jié)構(gòu)的控制截面在試驗(yàn)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，通過校驗(yàn)系數(shù)（實(shí)測值與理論值的比值）來評定結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力[4-5]。

本文以貝雷桁架橋梁靜載試驗(yàn)的工程實(shí)例為依托，介紹了靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)工況、測點(diǎn)布置及試驗(yàn)荷載，通過試驗(yàn)結(jié)果對橋梁承載能力進(jìn)行了評價(jià)。

1 工程概況

浦東國際機(jī)場3#圍區(qū)渣土消納項(xiàng)目南線鋼便橋，橋梁跨徑組合由北向南依次為5.85 m+11.7 m+5.4 m+1.55 m（北銜接端）+6.4 m+1.95 m（南銜接段）+8.0 m+8.85 m，除第4跨為簡支工字鋼梁橋外，其余5跨均為連續(xù)貝雷桁架梁橋，工字鋼梁南北兩端與兩端貝雷桁架間均設(shè)有銜接段。該橋橋面總寬為8.2 m，橋?qū)挷贾脼?.1 m欄桿基座+3.75 m車行道+0.5 m中央分隔帶+3.75 m車行道+0.1 m欄桿基座。本次靜載試驗(yàn)對象為第2跨裝配式上承式單層貝雷桁架。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 測試工況及測點(diǎn)布置

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的相關(guān)規(guī)定，擬設(shè)置3個(gè)工況進(jìn)行靜載試驗(yàn)，見表1，測試斷面及測點(diǎn)布置示意圖見圖 1～3。

表1 靜載試驗(yàn)測試斷面及測試內(nèi)容

圖1 測試斷面布置圖

2.2 試驗(yàn)荷載

根據(jù)Midas Civil 2012計(jì)算測試斷面的內(nèi)力和撓度影響線圖，按各控制截面最不利位置布載，在保證試驗(yàn)荷載效率和結(jié)構(gòu)安全的前提下，本次試驗(yàn)采用2輛每輛總重近550 kN的四軸載重貨車進(jìn)行加載。正彎矩加載工況載位見圖4。

圖2 1-1～4-4斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖

圖3 5-5～7-7斷面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖

圖4 正彎矩加載載位示意圖（單位:mm）

2.3 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

靜載試驗(yàn)一般要求試驗(yàn)荷載在結(jié)構(gòu)主要控制截面上所產(chǎn)生的效應(yīng)與期望荷載所產(chǎn)生的相應(yīng)效應(yīng)接近，其接近程度采用靜載效率系數(shù)ηq描述。本次試驗(yàn)期望荷載為55 t土方車。采用Midas Civil 2012進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。主要荷載工況下靜載試驗(yàn)效率系數(shù)見表2。下述各表中，拉力和拉應(yīng)變均為正，壓力和壓應(yīng)變均為負(fù)。

表2 上部結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)

為了檢驗(yàn)試驗(yàn)荷載作用下各截面測點(diǎn)的效應(yīng)實(shí)測值與相應(yīng)計(jì)算值的差異，一般采用測點(diǎn)效應(yīng)校驗(yàn)系數(shù)ξ進(jìn)行檢驗(yàn)[6]：

式中：Se，m為試驗(yàn)荷載作用下主要測點(diǎn)的實(shí)測彈性變位或應(yīng)變值；Se，c為試驗(yàn)荷載作用下主要測點(diǎn)的理論計(jì)算變位或應(yīng)變值。

試驗(yàn)荷載作用下控制斷面應(yīng)變及撓度的實(shí)測值、理論值及校驗(yàn)系數(shù)見表3和表4。

表3 應(yīng)變實(shí)測值、理論值和校驗(yàn)系數(shù)

表4 撓度實(shí)測值、理論值和校驗(yàn)系數(shù)

由表3和表4可知，試驗(yàn)荷載作用下，測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定的小于1.0的要求。

3.2 相對殘余變形

結(jié)構(gòu)相對殘余變形是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力的主要指標(biāo)。根據(jù)規(guī)范，相對殘余變形可用式（2）表示：

式中：Sp為卸載后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的殘余變形實(shí)測值；St為加載后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的殘余變形實(shí)測值。

在試驗(yàn)荷載作用下，控制斷面應(yīng)變及撓度相對殘余變形檢測結(jié)果見表5和表6。

表5 主要測點(diǎn)應(yīng)變相對殘余變形

表6 主要測點(diǎn)撓度相對殘余變形

由表5、表6可知，各測試截面在試驗(yàn)荷載作用下，測點(diǎn)應(yīng)變及撓度相對殘余變形均小于規(guī)范規(guī)定的相對殘余變形容許值20%，表明結(jié)構(gòu)目前處于良好的彈性工作狀態(tài)。

3.3 結(jié)構(gòu)承載能力檢算

結(jié)合荷載試驗(yàn)結(jié)果對主要受力構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度檢算。先根據(jù)試驗(yàn)荷載作用下構(gòu)件的實(shí)測應(yīng)變推算出期望荷載下的應(yīng)力值，然后與恒載作用下的構(gòu)件應(yīng)力值進(jìn)行最不利組合，將最不利狀態(tài)下的應(yīng)力組合值與材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行比較，從而判斷構(gòu)件強(qiáng)度是否滿足期望荷載承載要求。強(qiáng)度檢算結(jié)果見表7。

表7 第2跨貝雷桁架強(qiáng)度檢算

由表7可知，結(jié)合荷載試驗(yàn)結(jié)果得出的最不利荷載效應(yīng)組合下的應(yīng)力值均小于材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，表明第2跨上部結(jié)構(gòu)貝雷桁架的強(qiáng)度能夠滿足期望荷載55 t重車的安全承載要求。

3.4 結(jié)構(gòu)剛度檢算

將試驗(yàn)荷載下貝雷桁架的實(shí)測撓度最大值推算至期望荷載下的撓度值，并將該撓度推算值與允許值進(jìn)行比較[7]，以此檢驗(yàn)桁架結(jié)構(gòu)的剛度是否滿足設(shè)計(jì)荷載的使用要求?？缰袛嗝妫?-2斷面）剛度檢算結(jié)果見表8。

表8 貝雷桁架剛度檢算結(jié)果 mm

由表8可知，試驗(yàn)荷載作用下，該跨中實(shí)測撓度最大值為10.24 mm，推算至1.0倍期望荷載（不計(jì)沖擊）作用下的撓度為9.94 mm，小于撓度容許值31.2 mm，表明在期望荷載作用下貝雷桁架豎向剛度滿足正常使用要求。

4 結(jié)語

（1）試驗(yàn)荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)應(yīng)變測試斷面各測點(diǎn)及跨中撓度測試斷面各測點(diǎn)的校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定的校驗(yàn)系數(shù)小于1.0的要求。

（2）試驗(yàn)荷載作用下，各控制斷面應(yīng)變及撓度相對殘余變形均小于規(guī)范規(guī)定的相對殘余變形容許值20%，表明結(jié)構(gòu)目前處于良好的彈性工作狀態(tài)。

（3）根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)果對該橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度檢算，檢算結(jié)果表明貝雷桁架能夠滿足期望荷載55 t重車的安全承載要求。

[1]楊文淵，徐彝.橋梁維修與加固[M].北京：人民交通出版社，1989.

[2]張勁泉.公路舊橋承載力評定方法及工程實(shí)例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]姜毅.在役橋梁結(jié)構(gòu)檢測與評估[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2014.

[4]張俊平.橋梁檢測[M].北京：人民交通出版社，2002.

[5]王凌波，蔣培文，馬印平，等.橋梁靜載試驗(yàn)校驗(yàn)系數(shù)及優(yōu)化評定方法研究[J].公路交通科技，2015，32（6）：62-68.

[6]JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].

[7]黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.