荷載試驗在橋梁檢測中的應(yīng)用

陸建兵

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210014）

1 工程背景

某大橋（50+80+50m），全長180m。上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，箱梁為分離的單箱單室截面，頂板寬12.50m，底寬7.0m，兩側(cè)翼緣板2.75m，橋面為單向橫坡2%，設(shè)計荷載等級為公路-I級。在檢測中發(fā)現(xiàn)該橋中跨L/4處腹板存在斜向裂縫，底板跨中存在橫向裂縫但未貫通，且中跨跨中有明顯的下?lián)?。通過承載能力檢算，該橋作用效應(yīng)與抗力效應(yīng)的比值在1.06，需通過荷載試驗評定該橋?qū)嶋H承載能力，橋梁立面圖及橫斷面圖見圖1、圖2。

圖1 橋梁立面（單位：cm）

圖2 橋梁橫斷面（單位：cm）

2 荷載試驗設(shè)計

由于該橋有外觀病害及主跨下?lián)蠣顩r，結(jié)合承載能力檢算結(jié)果初步判斷該橋現(xiàn)狀難以滿足原設(shè)計荷載等級，如按照原設(shè)計荷載等級設(shè)計荷載試驗，對原橋結(jié)構(gòu)可能造成不可逆的損傷。為了得出該橋?qū)嶋H限載等級且保證試驗過程及結(jié)構(gòu)安全，需對該橋荷載試驗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。荷載試驗計算采用有限元程序Midas/Civil2020進(jìn)行計算，全橋共離散為58個單元，59個節(jié)點。計算模型如圖3所示。

圖3 計算模型

2.1 確定驗證荷載等級

該橋原設(shè)計荷載等級為公路-I級，將公路-I級荷載作為該橋荷載試驗極限驗證荷載，并控制加載效率盡量接近規(guī)范要求下限值0.95。同時結(jié)合該橋現(xiàn)狀及承載能力檢算結(jié)果，確定公路-II級荷載作為橋梁實際通行的目標(biāo)驗證荷載，活載作用下主梁彎矩包絡(luò)圖見圖4。

圖4 活載作用下主梁彎矩包絡(luò)圖（單位：kN·m）

2.2 荷載試驗計算

以中跨正彎矩為主要分析對象，分別以極限驗證荷載及目標(biāo)驗證荷載進(jìn)行設(shè)計荷載效應(yīng)值計算。同時對兩種工況加載荷載及位置進(jìn)行確定，詳見表1。

表1 加載控制值及試驗效率表

2.3 荷載試驗分級加載設(shè)計

在該橋荷載試驗過程中，首先須驗證該橋是否滿足目標(biāo)驗證荷載承載能力要求，之后繼續(xù)加載以確定是否滿足極限驗證荷載的要求。首先對工況一達(dá)到設(shè)計荷載效應(yīng)的5輛車分四級加載，見圖5，在每級加載時對中跨跨中位移及應(yīng)力進(jìn)行實時測試。

圖5 工況一分級加載示意圖

在工況二試驗完成且橋梁承載能力滿足目標(biāo)驗證荷載的等級要求時，在工況一基礎(chǔ)之上進(jìn)行工況二的加載。由于工況二比工況一只多用了1輛加載車輛，設(shè)計加載車輛在墩頂逐步加載至跨中的方式進(jìn)行分級加載，如圖6。

圖6 工況二分加載示意圖

2.4 荷載試驗分級加載控制

以位移為主要控制參數(shù)，對每級加載進(jìn)行理論計算，得出理論計算位移值，見表2。

表2 加載理論位移表（單位：mm）

在加載過程中，首先對比分析工況一校驗系數(shù)是否超限，如滿足規(guī)范要求則進(jìn)行工況二加載，逐級進(jìn)行對比，如在某一級加載中校驗系數(shù)超限則停止加載。

3 荷載試驗結(jié)果分析

在實際荷載試驗中測試結(jié)果及控制值對比見表3及圖7～圖8，在工況一分級加載下，實測值均較理論計算值小，校驗系數(shù)小于1.0；但在工況二2級加載實測值接近理論計算值，在3級加載時實測值大于理論計算值，校驗系數(shù)已經(jīng)大于1.0，停止試驗。

表3 實測值與理論計算對比（單位：mm）

圖7 工況一實測值與理論值對比

圖8 工況二實測值與理論值對比

根據(jù)2個工況荷載試驗實測結(jié)果，該橋承載能力能滿足公路-II級荷載等級的要求，但不滿足原設(shè)計荷載等級（公路-I）的要求。

4 結(jié)論

通過對本橋的靜載試驗以及相應(yīng)的理論計算分析，根據(jù)國家的有關(guān)規(guī)范和設(shè)計要求，該橋受力總體上已達(dá)到設(shè)計和施工的預(yù)期目的，能夠滿足設(shè)計荷載承載要求。