荷载试验在公路桥梁检测中的应用

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王怀志 刘魁

中路高科交通检测检验认证有限公司

摘要

本文通过对杭埠河特大桥展开静荷载试验，对主桥变截面箱梁左右幅共 6 跨进行静荷载试验，通过试验结果开展桥梁养护科学决策。


关键词

荷载试验；公路桥梁检测；应用

正文


1. 工程概况

杭埠河特大桥位于国道G330上，桥梁全长1581m，为双幅桥，主桥上部结构为（80+140+80）m三跨预应力混凝土连续箱梁桥，采用空心薄壁矩形墩；

荷载试验是评估桥梁结构性能和承载能力的重要手段，主要的检测指标有结构的强度、刚度、稳定性以及疲劳损伤情况。在杭埠河特大桥的荷载试验中，采用了静态加载方式，详细检测主梁的应变、梁体的挠度等相关系数，以全面评估桥梁在实际运营条件下的工作状态。

2. 荷载试验过程

由于工程涉及的试验检测内容较多，本文选取主桥方面的静载试验内容，进行详细分析。

2.1 静力荷载试验

2.1.1静载试验内容

主桥结构形式为预应力混凝土变截面连续梁，其桥孔布置为（80+140+80）m，针对这一结构特点，拟定测试内容见表1。

表1主桥结构拟定测试内容

序号

工况

试验项目

备注

1

工况1

墩顶（27#墩）附近A-A截面最大剪力工况-中载

主桥

2

工况2

边跨（28#跨）B-B截面最大正弯矩工况-中载

3

工况3

墩顶（28#墩）附近C-C截面最大负弯矩工况-中载

4

工况4

墩顶（28#墩）附近C-C截面最大负弯矩工况-偏载

5

工况5

墩顶（28#墩）附近C-C截面最大剪力工况-中载

6

工况6

主跨（29#跨）L/4跨D-D截面最大正弯矩工况-中载

7

工况7

中跨（29#跨）跨中E-E截面最大正弯矩工况-中载

8

工况8

中跨（29#跨）跨中E-E截面最大正弯矩工况-偏载

9

工况9

边跨（30#跨）F-F截面最大正弯矩工况-中载

 

静力荷载试验主要测定在与最不利设计（静力）荷载相当的试验载荷作用下，桥梁结构各控制部位的应力、内力和变形，以及支点沉降情况和梁体裂缝开裂情况。左右幅测试试验内容相同。

2.1.2测试断面与测点布置

测试断面与测点布置的计算分析采用 Midas 软件进行，主桥共分6个主要测试断面，左右幅主引桥荷载工况相同，主桥详细测试断面和测点布置见图1 。

图1 主桥全工况测试断面布置图(单位：m）

2.1.3加载效率与载位确定

在前期计算参数确定的基础上，为准确分析杭埠河特大桥主桥在静载试验过程中的受力行为，杭埠河特大桥荷载试验采用梁单元进行模拟。 该桥结构有限元模型如图2所示。主桥根据实际加载车辆计算得到荷载效率总结如表 2所示。

 

图2 杭埠河特大桥主桥结构模型图

表2 杭埠河特大桥主桥静力荷载试验加载效率统计表

工况

试验项目

试验荷载效应

设计荷载效应

荷载效率

加载车辆数

备注

工况1

墩顶(27#墩)附近A-A截面最大剪力工况-中载

-1808.59

-1860.17

0.97

6


工况2

边跨(28#跨)B-B截面最大正弯矩工况-中载

29861.43

31170.98

0.96

6

三轴车

-17.60

-17.92

0.98

工况3

墩顶(28#墩)附近C-C截面最大负弯矩工况-中载

-66805.60

-68535.65

0.97

10

工况4

墩顶(28#墩)附近C-C截面最大负弯矩工况-偏载

-66805.60

-68535.65

0.97

10

工况5

墩顶(28#墩)附近C-C截面最大剪力工况-中载

-2774.24

-2875.91

0.96

9

工况6

主跨(29#跨)L/4跨D-D截面最大正弯矩工况-中
                  载

11873.50

16285.52

0.73

9

-29.90

-30.07

0.99

工况7

中跨(29#跨)跨中E-E截面最大正弯矩工况-中载

27869.78

28662.43

0.97

8

-51.40

-52.79

0.97

工况8

中跨(29#跨)跨中E-E截面最大正弯矩工况-偏载

27869.78

28662.43

0.97

8

-51.40

-52.79

0.97

工况9

边跨(30#跨)F-F截面最大正弯矩工况-中载

29861.43

31170.98

0.96

6

-17.60

-17.92

0.98

注：1、表中数据弯矩单位为kN ·m,剪力单位为kN,挠度单位为mm,挠度方向"-"为向下。

2、 工况1～9中的加载车辆数“n”是表示n辆三轴40t试验车。

 

3.荷载试验数据的分析

3.1荷载试验结果分析

3.1.1主桥挠度校验系数

左、右幅主桥挠度校验系数均小于1 。

表3 主桥挠度检验系数统计表

 

截面

测点

相对残余变形（%）

校验系数

B截面

B1

7.63%

0.62

B2

14.60%

0.66

B3

8.94

0.64

D截面

D1

-15.84

0.78

D2

-6.76

0.74

D3

-15.58

0.77

E截面

E1

3.71

0.81

E2

1.53

0.75

E3

2.38

0.72

F截面

F1

7.27

0.58

F2

7.34

0.57

F3

3.81

0.57

 

3.1.2主桥应变测试结果

右幅28跨B截面各个测点实测应力校验系数介于0.25～0.80之间，实测值均小于计算值，说明该控制截面强度满足设计要求，如图3 所示。

 

图3 右幅B断面测点距离-应变关系曲线

右幅 29 跨 E 截面各个测点在工况 7（29#跨跨中最大正弯矩-中载）满载作用下，实测应力校验系数介于 0.30～2.74 之间，部分测点实测值大于计算值，

表明结构 E 截面强度不满足设计要求。详细测试结果见表4。

表4 工况 7 满载作用下右幅 29 跨 E 截面应力测试结果

类型

测点编号

实测值（）

残余应变（）

相对残余应变（%）

弹性值（）

计算值（）

校验系数

箱内

3

33.571

-2.441

-7.27

36.012

25.230

1.43

4

45.78

-1.017

-2.22

46.797

43.751

1.07

5

25.636

-1.424

-5.55

27.06

62.272

0.43

6

244.616

3.256

1.33

241.36

88.175

2.74

9

71.011

2.238

3.15

68.773

62.272

1.10

10

32.35

1.22

3.77

31.13

43.751

0.71

11

29.502

0.814

2.76

28.688

25.230

1.14

箱外

3

43.338

6.307

14.55

37.031

43.65

0.85

4

50.46

7.528

14.92

42.932

62.17

0.69

5

70.401

9.766

13.87

60.635

88.07

0.69

6

78.744

4.273

5.43

74.471

104.65

0.71

9

24.212

-2.034

-8.40

26.246

88.07

0.30

10

24.212

-0.61

-2.52

24.822

62.17

0.40

注明：1、拉应变为正，压应变为负。

 

右幅 29 跨 E 截面各个测点在工况 8（29#跨跨中最大正弯矩-偏载）满载作用下，实测应力校验系数介于 0.30～2.24 之间，部分实测值大于计算值，表明结构 E 截面强度不满足设计要求。详细测试结果见表5。

表5 工况8 满载作用下右幅 29 跨 E 截面应力测试结果

类别

测点编号

实测值（）

残余应变（）

相对残余应变（%）

弹性值（）

计算值（）

校验系数

箱内

4

45.169

-1.831

-4.05

47

50.314

0.93

5

25.229

-1.017

-4.03

26.246

71.613

0.37

6

237.897

-2.035

-0.86

239.932

101.402

2.37

9

66.941

-1.221

-1.82

68.162

52.931

1.29

10

30.112

0.203

0.67

29.909

37.188

0.80

箱外

3

26.451

4.477

16.93

21.974

50.194

0.44

4

29.909

8.138

27.21

21.771

71.494

0.30

8

205.737

6.104

2.97

199.633

88.953

2.24

10

77.93

2.848

3.65

75.082

52.843

1.42

11

67.348

6.917

10.27

60.431

37.100

1.63

注明：1、拉应变为正，压应变为负。2、“-”表示测点损坏。

 

右幅30跨F截面各个测点实测应力校验系数介于0.51～0.78之间，实测值均小于计算值，说明该控制截面强度满足设计要求，如图4所示。

 

 

图4 右幅F断面测点距离-应变关系曲线

 

4.结论与建议

4.1结论

1、第 28 跨，主桥实测挠度校验系数介于 0.53～0.68 之间，实测值小于计算值，截面竖向刚度满足设计要求；实测应力校验系数介于 0.25～0.93 之间，实测值小于计算值，截面强度满足设计要求

2、第 29 跨，实测挠度校验系数介于 0.62～0.91 之间，实测值小于计算值，截面竖向刚度满足设计要求；左幅主桥实测应力校验系数介于 0.35～1.66 之间，右幅主桥实测应力校验系数介于 0.30～2.74 之间，均有个别测点实测值大于计算值，截面强度不满足设计要求

3、第 30 跨，实测挠度校验系数介于 0.57～0.65 之间，实测值小于计算

值，截面竖向刚度满足设计要求；实测应力校验系数介于 0.31～0.78 之间，实测值小于计算值，截面强度满足设计要求。

4.2建议

1、采取限载措施，禁止超载车辆通行。  

2、主桥主跨跨中截面荷载试验强度不满足设计要求，选取典型裂缝加强观测，适时采取专项养护措施（主动加固措施）。

3、建设桥梁健康监测系统，重点对裂缝、车辆荷载等进行监测。

 

参考文献：

[1]《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/TJ21-01-2015）.

[2]《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/TH21-2011）.

[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）.

[4]《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）.

[5]《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）.

[6]《公路桥梁承载力检测评定规程》（JTG/TJ12-2011）.

 

 


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