某加宽桥结构静载安全试验研究
摘要
关键词
加宽桥；静载试验；安全评估
正文
1.工程概况
某加宽桥全长21.04m，原桥为1×16m现浇简支T梁桥，两侧分别加宽5.5m与10.5m，设计为1×16m装配式后张拉法预应力砼简支空心板桥，薄壁桥台，桥梁中心线与河涌斜交15°。空心板混凝土强度为C50，设计车辆荷载为公路－Ⅱ级。
试验中所用仪器符合相关标准使用规定，定期检定，满足精度要求。检测主要采用的仪器设备包括电子水准仪、振弦式应变传感器、静态数据记录处理仪等仪器。
3.试验内容
为检验该桥的承载力能否满足设计要求，拟定以下静载试验测试项目：
（1）各控制截面在试验荷载下的最大应变（应力）；
（2）各控制截面在试验荷载下的最大挠度；
（3）对桥梁控制截面的裂缝开展情况进行观测。
4.检测截面位置
根据本桥的结构形式及受力特点，本次试验跨（西幅加宽桥）为简支梁，共一个工况，具体检测断面图如图1所示，试验测试截面及荷载效率详见表1。
表1试验测试截面及荷载效率表
试验工况 | 截面编号 | 检测构件位置 | 设计活载内力值 （kN.m） | 试验荷载内力值（kN.m） | 荷载效率 |
试验工况 | 1-1 | 0#~1#跨0.5L截面 | 520 | 517 | 0.99 |
注：根据《桥检标准》规定：验收性试验的荷载效率为0.8~1.0。
图1加宽桥西幅扩建部分桥梁检测截面位置示意图（单位：cm）
5.计算模型
采用Midas Civil软件建立有限元计算模型。
加载车辆的数量及位置使该检验项目的荷载效率系数η满足《桥检标准》的相关规定，试验采用4台27t重车进行多级加载，1级卸载。
6.测点布置图
挠度测点布置于支点、四分点和跨中；应变测点布置于主梁底板、腹板和翼板。
7.试验流程
静载试验主要步骤包括：
(1)试验跨预压：1辆加载车以5km/h速度两次往返试验桥段；
(2)仪器调试：预压过程中调试仪器，确保正式试验正常运行；
(3)初读数：正式加载前记录各测点初始数据；
(4)加载：按方案标出位置，专人指挥车辆就位；
(5)加载后读数：待结构变形稳定后记录数据；
(6)卸载读数：车辆退出，稳定后记录残余值。
8.加载控制与安全措施
试验严格按程序执行，荷载由小到大逐级施加。实时监测控制点数据，发现实测值显著异常、结构出现新裂缝、开裂、异响或墩台摇晃等情况，立即暂停并报告。
9.试验分析
主要从以下几个方面来对桥梁静载试验结果进行分析评定：
(1)校验系数
校验系数ζ是评定结构工作状况，确定桥梁承载能力的一个重要指标，实测结构校验系数ζ是试验的实测值与理论计算值的应变或挠度之比：ζ＝S实测/S理论，它反映结构的实际工作状态。根据《桥检标准》，ζ宜满足β＜ζ≤α，但不应大于1，其中α、β取值见表2：
表2α、β取值表
桥梁类型 | 应变（应力）校验系数 | 挠度校验系数 | 残余比 | ||
β | α | β | α | α1 | |
钢筋混凝土板桥 | 0.30 | 0.70 | 0.40 | 0.80 | 0.25 |
钢筋混凝土梁桥 | 0.40 | 0.80 | 0.50 | 0.90 | |
预应力混凝土桥 （包括钢桥） | 0.50 | 0.90 | 0.60 | 1.00 | 0.20 |
圬工结构 （包括石拱桥） | 0.60 | 1.00 | 0.60 | 1.00 | 0.25 |
(2)结构挠度变形、应变变形要求
试验荷载作用下，主要测点挠度、应变测试的校验系数ζ应满足规范规定。
10.挠度结果分析
各控制测点挠度的实测值及理论值见表3所示（其中实测值为修正墩台竖向变位后所得）。满载作用下弯矩控制梁各测点纵向挠度曲线实测值与理论值对比如图2所示。
表3挠度结果分析表（向上为正，单位：mm）
测点号 | 测点 位置 | 一级 荷载 | 二级 荷载 | 三级 荷载 | 四级 加载 | 卸载 | 弹性 变形值 | 理论值 | 校验 系数 |
N1 | 0#支座处 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | / |
N2 | 0#~1#跨 1/4L截面处 | -0.90 | -1.76 | -2.40 | -2.99 | 0.04 | -3.03 | -4.80 | 0.63 |
N3 | 0#~1#跨 1/2L截面处 | -1.14 | -3.13 | -3.91 | -4.37 | -0.02 | -4.35 | -6.76 | 0.64 |
N4 | 0#~1#跨 3/4L截面处 | -0.77 | -1.82 | -2.28 | -2.75 | 0.09 | -2.84 | -4.61 | 0.61 |
N5 | 1#支座处 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | / |
图2试验荷载满载作用下各挠度测点纵向挠度曲线与理论值对比图
由图2可知，试验桥跨实测挠度纵向变形曲线与理论变形趋势基本吻合，实测值绝对值均小于理论值绝对值，整体受力性能良好。由表3-3可知，各挠度测点的校验系数位于0.61~0.64之间，控制点（N3）的校验系数为0.64，在表3所规定的范围内，表明试验桥跨的刚度满足设计使用要求。
试验控制截面各应变测点实测值及理论值见表4。
表4应变结果分析表（拉应变为正，单位：με）
测点 | 测点 位置 | 一级 荷载 | 二级 荷载 | 三级 荷载 | 四级 加载 | 卸载 | 弹性 变形值 | 满载 理论值 | 校验 系数 |
Y1 | 翼缘板 | -9 | -16 | -23 | -31 | -3 | -28 | -45 | 0.63 |
Y2 | 腹板1 | 10 | 19 | 25 | 31 | 2 | 29 | 43 | 0.68 |
Y3 | 腹板2 | 15 | 39 | 51 | 63 | 2 | 61 | 94 | 0.65 |
Y4 | 底板1 | 21 | 47 | 74 | 89 | 4 | 85 | 120 | 0.71 |
Y5 | 底板2 | 21 | 44 | 69 | 84 | 3 | 81 | 108 | 0.75 |
Y6 | 底板3 | 21 | 41 | 57 | 70 | 2 | 68 | 102 | 0.66 |
Y7 | 底板4 | 15 | 36 | 44 | 52 | 3 | 49 | 76 | 0.64 |
Y8 | 底板5 | 11 | 23 | 32 | 40 | 3 | 37 | 60 | 0.61 |
由表4可知，主梁各应变测点的校验系数为0.61~0.75，底板应变控制点（Y4）的校验系数为0.71，在表4所规定的范围内，表明试验桥跨的强度满足设计使用要求。
12.残余变形分析
试验荷载卸载后控制截面的残余变形见表5。
表5卸载后控制截面残余变形
控制断面测试项目 | 挠度控制测点（mm） | 应变控制测点（με） |
残余变形值Sp | -0.02 | 4 |
总变形值Stot | -4.37 | 89 |
α1＝Sp/Stot | 0.01 | 0.04 |
从表5可以看出，试验跨各测点残余变形满足《桥检标准》规定α1≤0.20的要求，结构弹性恢复能力较好。
13.总结
（1）从静载试验结果可见，加宽桥西幅桥在试验工况下结构的刚度和强度均能满足设计使用要求。
（2）试验过程中，均未发现控制截面新增裂缝，总体保证桥梁的安全使用，达到检测目的。
参考文献：
[1]郑淦亢,何越磊,万乐山.基于数字孪生的特大跨径铁路桥梁健康监测数据可视化及预警研究[J].土木建筑工程信息技术.2024,16(4).
[2]陈光.公路桥梁健康监测技术的应用探究[J].中国公路.2020,(9).100-101.
[3]李明耀,彭磊,左建平,等.基于真实细观结构的FFT数值方法对岩石材料非线性力学行为的研究[J].矿业科学学报.2022,7(4).
[4]孙秀和.自动化监测系统平台在桥梁安全监测中的应用[J].山西建筑.2020,(19).
...