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摘要：本文结合某独塔双索面结构桥梁，对该桥梁采取静力荷载试验，研究在荷载作用下该桥控制截面的应变和重要部位的变形情况，实测控制截面的应力、应变大小及分布规律，量测荷载作用下的桥梁变形情况，进而掌握桥跨结构的工作状态及承载能力。
关键词：桥梁检测；静载试验；应变；变形
Abstract: combining with a single tower bridge and double cable plane structure, the bridge static load test taken in load control section of the bridge strain and important parts of the deformation, the control section stress and strain of size and distribution, measurement load bridge deformation, and master the bridge spans the working state of the structure and carrying capacity.
Keywords: bridge detection; The static load test; Strain; deformation
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号
1. 工程概况
广东某斜拉桥主桥全长326m，为独塔双索面结构，梁塔墩固结，跨径布置为180m（主跨）+101m（边跨）+45m（边跨压重段）。索塔由直塔柱和斜塔柱组成，塔间无上横梁。直塔高119.09m，为空心薄壁钢筋混凝土环向预应力结构；斜塔与直塔间设3cm厚离缝，通过预应力束连接。主梁采用双向预应力混凝土π型梁，全桥共设斜拉索108根，按扇形布置，塔上索间距1.8m，主跨与边跨上索间距6.0m，压重段索间距3.6m。主桥下部结构采用大体积水中承台及实心墩身结构，桥梁设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
2. 桥梁静载设计
2.1 试验模型
为检验该桥现阶段的通行能力，根据该桥结构特点，采取以下静载试验测试：（1）各控制截面在试验荷载下的最大应变（应力），从而判断该桥梁结构强度是否满足设计荷载要求；（2）各控制截面在试验荷载下的最大挠度，从而判断该桥梁结构实际刚度是否满足设计荷载要求；（3）裂缝开展情况，混凝土裂缝是结构抗裂性的一个重要指标；（4）塔顶的最大位移，以判断塔的整体刚度是否达到设计要求。对该桥建模计算，采用Midas Civil软件建立了空间梁格单元计算模型，如图1所示。采用动态规划加载法计算得出此桥在计算荷载作用下的弯矩包络图，该桥在设计公路-Ⅰ级荷载的作用下，主跨主梁1#梁格的截面最大正弯矩为1.30E+07N•m，Z14#墩处1#梁格的最大负弯矩为-1.25E+07N•m，斜拉索有最大的活载应力46.9MPa。
图1某桥主桥计算模型
2.2 加载工况的设计
试验加载位置与加载工况的确定主要根据设计荷载在控制截面上产生的最不利弯矩效应值，按0.8～1.05 的效率系数等效换算而得。依据本桥的受力特性及现场勘查，和本桥的主梁的弯矩计算包络图和拉索索力计算图，可确定本桥的检测断面，具体检测断面图如图2所示。共设计7种加载工况，校验系数及工况情况如表1所示。
图2测点布置图
表1 加载工况表
试验工况 截面编号 试验目的 校验系数
工况1 Ⅰ-Ⅰ 使主跨1#梁格最大正弯矩达到加载效率； 0.97
工况2 Ⅱ-Ⅱ 使边跨1#梁格最大挠度达到加载效率； 1.00
工况3 Ⅲ-Ⅲ 使主跨1#梁格最大负弯矩达到加载效率； 0.85
工况4 Ⅳ-Ⅳ 使边跨1#梁格最大负弯矩达到加载效率； 0.89
工况5 / 使塔顶位移达到最大理论计算值； 0.93
工况6 / 使检测区段内拉索的活载中载拉应力最大值达到加载效率； 0.92
工况7 / 使检测区段内拉索的活载偏载拉应力最大值达到加载效率； 1.01
2.3 测点布置
（1）变形测点：考虑全桥在加载情况下挠度变化的规律，在桥面两侧设置纵向测点；为考察主跨在荷载作用下横向变化的情况，在主跨设置横向挠度测点。全桥测点分A、B、C三条线，主跨B线主跨设置24个挠度测点，间距12m；在边跨压重段设置5个挠度测点，间距11.25m；A线设置9个挠度测点，间距36m；主跨C线设置5个横向挠度测点，间距5.5m；在边跨压重段设置3个挠度测点，间距22.5m，一共设置43个变形测点。在主塔下游顶部设置1个塔顶位移测点。
（2）应变测点：在每个应变测试截面布置17个应变测点，在主塔根部设置6个应变测点，间距2.0m。
（3）索力测点：在拉索工况测试中，对全桥拉索进行检测。
3. 试验结果分析方法
试验结束后，根据试验结果来进行分析评价，是静载试验的关键内容，结果分析方法的正确是对桥梁检测结果正确评价的核心，结合实践，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《试验方法》，ζ应满足0.7＜ζ≤1.05。
（2）相对残余变位（或应变）。正常运营的桥梁应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或某处截面进入弹塑性。测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位越小，说明结构越接近弹性工作状况。对于新建预应力混凝土结构，一般要求其值不大于20％。当相对残余变位大于20％时，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。
（3）抗裂性。在试验荷载作用下，已有裂缝宽度及长度不应超过《试验方法》所规定的允许值。
4. 静载试验结果分析
（1）结构挠度结果分析。各工况挠度校验系数值在0.78~0.84之间， 满足《试验方法》的要求。在试验荷载作用下，该检测跨的实测最大挠度值满足《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）中关于斜拉桥竖向挠度允许限值 =360mm的要求。
（2）应力（应变）结果分析。各工况应变校验系数值在0.77~0.82之间， 满足《试验方法》的要求。
（3）残余应变和变形。各工况下相对残余应变系数最大值为4%，相对残余挠度系数最大值为3%，均满足《试验方法》的要求，整体结构处于弹性工作范围。
(4) 抗裂性。在检测过程中未发现主梁各控制截面有明显新增裂缝产生；0#块原有的裂缝在荷载作用下无明显开展。
5. 结语
从静载试验结果可见，桥梁结构各测点变形及应变校验系数和相对残余变形均在《试验方法》所规定的正常范围内，桥梁弹性恢复能力较好，其刚度和强度均满足公路-Ⅰ级汽车荷载等级的使用要求。在试验过程中未发现主梁各控制截面有明显新增裂缝；桥梁原有的裂缝在荷载作用下无明显开展。该桥态，静力性能满足要求。
参考文献：
[1] 王世杰．大型桥梁静载试验中的测量技术及应用[J]．兰州交通大学学报，2004，28（07）：118~119．
[2] 吴建奇，郑晓，张婷婷．桥梁检测中的静载试验研究[J]．铁道建筑，2011，27（02）：31~33．
[3] 管延淮．静载试验在评价桥梁承载能力方面的应用[J]．建筑监督检测与造价，2010，31（12）：57~58．
注：文章內所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：桥梁检测；静载试验；应变；变形
Abstract: combining with a single tower bridge and double cable plane structure, the bridge static load test taken in load control section of the bridge strain and important parts of the deformation, the control section stress and strain of size and distribution, measurement load bridge deformation, and master the bridge spans the working state of the structure and carrying capacity.
Keywords: bridge detection; The static load test; Strain; deformation
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号
1. 工程概况
广东某斜拉桥主桥全长326m，为独塔双索面结构，梁塔墩固结，跨径布置为180m（主跨）+101m（边跨）+45m（边跨压重段）。索塔由直塔柱和斜塔柱组成，塔间无上横梁。直塔高119.09m，为空心薄壁钢筋混凝土环向预应力结构；斜塔与直塔间设3cm厚离缝，通过预应力束连接。主梁采用双向预应力混凝土π型梁，全桥共设斜拉索108根，按扇形布置，塔上索间距1.8m，主跨与边跨上索间距6.0m，压重段索间距3.6m。主桥下部结构采用大体积水中承台及实心墩身结构，桥梁设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
2. 桥梁静载设计
2.1 试验模型
为检验该桥现阶段的通行能力，根据该桥结构特点，采取以下静载试验测试：（1）各控制截面在试验荷载下的最大应变（应力），从而判断该桥梁结构强度是否满足设计荷载要求；（2）各控制截面在试验荷载下的最大挠度，从而判断该桥梁结构实际刚度是否满足设计荷载要求；（3）裂缝开展情况，混凝土裂缝是结构抗裂性的一个重要指标；（4）塔顶的最大位移，以判断塔的整体刚度是否达到设计要求。对该桥建模计算，采用Midas Civil软件建立了空间梁格单元计算模型，如图1所示。采用动态规划加载法计算得出此桥在计算荷载作用下的弯矩包络图，该桥在设计公路-Ⅰ级荷载的作用下，主跨主梁1#梁格的截面最大正弯矩为1.30E+07N•m，Z14#墩处1#梁格的最大负弯矩为-1.25E+07N•m，斜拉索有最大的活载应力46.9MPa。
图1某桥主桥计算模型
2.2 加载工况的设计
试验加载位置与加载工况的确定主要根据设计荷载在控制截面上产生的最不利弯矩效应值，按0.8～1.05 的效率系数等效换算而得。依据本桥的受力特性及现场勘查，和本桥的主梁的弯矩计算包络图和拉索索力计算图，可确定本桥的检测断面，具体检测断面图如图2所示。共设计7种加载工况，校验系数及工况情况如表1所示。
图2测点布置图
表1 加载工况表
试验工况 截面编号 试验目的 校验系数
工况1 Ⅰ-Ⅰ 使主跨1#梁格最大正弯矩达到加载效率； 0.97
工况2 Ⅱ-Ⅱ 使边跨1#梁格最大挠度达到加载效率； 1.00
工况3 Ⅲ-Ⅲ 使主跨1#梁格最大负弯矩达到加载效率； 0.85
工况4 Ⅳ-Ⅳ 使边跨1#梁格最大负弯矩达到加载效率； 0.89
工况5 / 使塔顶位移达到最大理论计算值； 0.93
工况6 / 使检测区段内拉索的活载中载拉应力最大值达到加载效率； 0.92
工况7 / 使检测区段内拉索的活载偏载拉应力最大值达到加载效率； 1.01
2.3 测点布置
（1）变形测点：考虑全桥在加载情况下挠度变化的规律，在桥面两侧设置纵向测点；为考察主跨在荷载作用下横向变化的情况，在主跨设置横向挠度测点。全桥测点分A、B、C三条线，主跨B线主跨设置24个挠度测点，间距12m；在边跨压重段设置5个挠度测点，间距11.25m；A线设置9个挠度测点，间距36m；主跨C线设置5个横向挠度测点，间距5.5m；在边跨压重段设置3个挠度测点，间距22.5m，一共设置43个变形测点。在主塔下游顶部设置1个塔顶位移测点。
（2）应变测点：在每个应变测试截面布置17个应变测点，在主塔根部设置6个应变测点，间距2.0m。
（3）索力测点：在拉索工况测试中，对全桥拉索进行检测。
3. 试验结果分析方法
试验结束后，根据试验结果来进行分析评价，是静载试验的关键内容，结果分析方法的正确是对桥梁检测结果正确评价的核心，结合实践，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《试验方法》，ζ应满足0.7＜ζ≤1.05。
（2）相对残余变位（或应变）。正常运营的桥梁应无残余挠度，突然出现残余挠度，说明该桥受到严重损伤或某处截面进入弹塑性。测点在控制荷载工况作用下的相对残余变位越小，说明结构越接近弹性工作状况。对于新建预应力混凝土结构，一般要求其值不大于20％。当相对残余变位大于20％时，应在评定时，酌情降低桥梁的承载能力。
（3）抗裂性。在试验荷载作用下，已有裂缝宽度及长度不应超过《试验方法》所规定的允许值。
4. 静载试验结果分析
（1）结构挠度结果分析。各工况挠度校验系数值在0.78~0.84之间， 满足《试验方法》的要求。在试验荷载作用下，该检测跨的实测最大挠度值满足《公路斜拉桥设计细则》（JTG/T D65-01-2007）中关于斜拉桥竖向挠度允许限值 =360mm的要求。
（2）应力（应变）结果分析。各工况应变校验系数值在0.77~0.82之间， 满足《试验方法》的要求。
（3）残余应变和变形。各工况下相对残余应变系数最大值为4%，相对残余挠度系数最大值为3%，均满足《试验方法》的要求，整体结构处于弹性工作范围。
(4) 抗裂性。在检测过程中未发现主梁各控制截面有明显新增裂缝产生；0#块原有的裂缝在荷载作用下无明显开展。
5. 结语
从静载试验结果可见，桥梁结构各测点变形及应变校验系数和相对残余变形均在《试验方法》所规定的正常范围内，桥梁弹性恢复能力较好，其刚度和强度均满足公路-Ⅰ级汽车荷载等级的使用要求。在试验过程中未发现主梁各控制截面有明显新增裂缝；桥梁原有的裂缝在荷载作用下无明显开展。该桥态，静力性能满足要求。
参考文献：
[1] 王世杰．大型桥梁静载试验中的测量技术及应用[J]．兰州交通大学学报，2004，28（07）：118~119．
[2] 吴建奇，郑晓，张婷婷．桥梁检测中的静载试验研究[J]．铁道建筑，2011，27（02）：31~33．
[3] 管延淮．静载试验在评价桥梁承载能力方面的应用[J]．建筑监督检测与造价，2010，31（12）：57~58．
注：文章內所有公式及图表请用PDF形式查看。