基于静载试验的危桥新建上部结构承载力评估.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/7基于静载试验的危桥新建上部结构承载力评估刘文芳1袁延丽丽2袁孙超3（1.广州城市职业学院，广东 广州 510000；2.抚顺市交通运输综合行政执法队，辽宁 抚顺 113006；3.抚顺市交通运输发展服务中心，辽宁 抚顺 113006）【摘要】静载试验是一种能够准确尧高效地评估桥梁承载能力的方法遥 通过工程案例袁详细论述某危桥新建上部结构的静载试验方案尧试验数据与理论数据的对比分析袁完成桥梁的承载能力评定遥 结果表明该危桥新建上部结构性能良好袁承载能力满足设计要求袁所采用的静载试验方案尧分析方法袁可为解决类似工程问题提供参考遥【关键词】静载试验曰应力曰挠度曰承载力【中图分类号】U446【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）07-0157-030 引言虽然我国交通基础设施建设取得了举世瞩目的成就，但由于我国早期采用的桥梁设计标准偏低，加之近年来交通量大幅增长，造成我国现有部分公路桥梁病害频发，严重影响桥梁承载能力和正常使用。因此，公路管理机构应高效、准确地评价和判断既有桥梁的承载能力。目前评价桥梁承载能力的方法比较多，其中静载试验是评价新建或加固桥梁结构承载能力最直接、最有效的方法之一1。本文以某危桥新建上部结构为工程实际案例，对静载试验评估桥梁结构承载能力的方法进行论述。1 工程概况某公路大桥始建于 2002 年，设计荷载等级是汽车-20 级、挂车-100 级。桥跨布置为 9伊16 m，桥梁全宽 10 m。桥梁上部采用带翼缘的普通钢筋混凝土空心板简支结构，下部采用钢筋混凝土双柱式墩台及桩基础。经过 20 年运营使用，原桥上部结构空心板铰缝破损严重，出现单板受力现象，下部结构盖梁挡块开裂。经全桥技术状况评定，上部结构的主要承重构件评定为四类，按最差部件评定该桥属于四类危桥2。为了快速恢复交通、节约工程造价，经专家论证，采取上部结构拆除新建、下部结构维修利用的方案。新建上部结构采用先简支后连续 T 梁，桥跨布置为 9伊16 m，宽度为净 9 m+2伊0.5 m，每孔横向布置 6 片 T 梁，采用四孔一联、五孔一联，设计荷载为公路-玉级。2 理论分析采用 Dr.BridgeV3.0 版程序进行分析计算，将结构形式简化为杆系模型进行建模分析。桥梁荷载横向分布系数计算时，在跨中位置利用刚接板梁法模拟，在支点位置利用杠杆法模拟。根据各主梁横向分布系数计算可得出跨中位置边梁受力最不利。按单梁进行建模计算，模型如图 1 所示。有限元模型上一共有 65 个节点，64 个单元。3 静载试验方案在桥梁结构的指定位置，施加与设计荷载等效的荷载，并利用专业的检测设备对结构应力、挠度进行采集，通过数据对比分析，评定桥梁结构的实际承载能力2-3。本次静载试验荷载采用 公路桥涵设计通用规范 中的公路-玉级设计荷载。3.1 选定试验桥孔及试验工况根据有限元理论分析发现最不利工况是偏载，结合该桥的实际情况，选取第 1、2 孔进行静载试验。试验工况分别为：第 1 孔最大正弯矩工况（偏载）、第2 孔跨中最大正弯矩工况（偏载）和 1#墩支点最大负弯矩工况。3.2 控制截面选择及测点布置依据 公路桥梁荷载试验规程，结合有限元理论分析结果，选择该桥各试验工况的控制截面，如表 1 所示。并在工况 1、工况 2 的控制截面分别布置4 个挠度测点，如图 2 所示；在工况 1、工况 2 的控制截面各布置 4 个应力测点，在工况 3 的控制截面布置 2 个应力测点，如图 3 所示。3.3 荷载效率根据 公路桥梁荷载试验规程 的规定，交（竣）图 1 有限元模型绿色交通157LOW CARBON WORLD 2023/7工验收时，静载试验荷载效率 浊q应为 0.851.05，计算公式如下：浊q=SsS伊（1+滋）。（1）式中：浊q静载试验荷载效率；Ss静载试验作用下，某加载项目对应的控制截面内力（或位移）最大计算效应值；S控制荷载对应的同一控制截面内力（或位移）最不利效应计算值；滋取用规范中的冲击系数。新建上部结构采用公路-玉级设计荷载。依据公路桥涵设计通用规范，该桥的理论冲击系数 1+滋为 1.34，横向车道布载系数为 1.00（两车道），各试验工况静载试验荷载效率如表 2 所示。试验工况控制截面编号截面位置测试项目工况 1第 1 孔最大正弯矩工况（偏载）KZ1距 0#台支点中心线 7 m挠度、应力工况 2第 2 孔跨中最大正弯矩工况（偏载）KZ2第 2 孔跨中挠度、应力工况 31#墩支点最大负弯矩工况KZ31#墩支点中心线应力表 1 各试验工况控制截面试验工况检测项目Ss/（kN m）S伊（1+滋）/（kN m）浊q工况 1第 1 孔最大正弯矩工况（偏载）8148340.98工况 2第 2 孔跨中最大正弯矩工况（偏载）6457140.90工况 31#墩支点最大负弯矩工况-623-6330.98表 2 各试验工况静载试验荷载效率3.4 加载车辆按照拟定的设计活荷载内力水平对影响线进行加载计算，获得设计活荷载内力。按照计算得到的影响线，布置各工况分级加载车辆3。本次静载试验共选取 4 辆双后轴加载重车作为等代荷载，加载重车前轴重 11 t，总轴重 47 t。3.5 各试验工况加载将各控制截面的设计活荷载产生的内力值（或位移值）作为静载试验的加载控制依据，利用控制截面的影响线来完成加载重车的等效加载，让控制截面产生的内力值（或位移值）接近设计活荷载产生的最大值4。本次静载试验各试验工况均分为 3 级进行加载，横向采用偏心布载。4 试验结果分析依据 公路桥梁承载能力检测评定规程，静载试验各测点的静载试验校验系数 灼 计算公式如下：灼=SeSs。（2）式中：灼静载试验校验系数；Se试验各测点的实测弹性挠度（或应力）；Ss试验各测点的理论计算挠度（或应力）。相对残余挠度或应力 S忆p的计算公式如下：S忆p=SpSe+Sp伊100%。（3）式中：S忆p相对残余挠度或应力；Sp试验各测点的实测残余挠度（或应力）；Se试验各测点的实伊挠度测点；银支点沉降测点。图 2 挠度测点布置1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁0#台KZ1KZ3KZ27 m9 m8 m8 m1#墩2#墩伊最大正弯矩应力测点；银支点最大负弯矩应力测点。图 3 应力测点布置1#梁2#梁3#梁4#梁5#梁6#梁0#台7 m9 m8 m8 mKZ1KZ3KZ21#墩2#墩绿色交通158LOW CARBON WORLD 2023/7测弹性挠度（或应力）。4.1 挠度数据分析各试验工况主梁挠度的实测值与理论值分析如表 3 所示。（1）在各试验工况下，试验各测点的挠度校验系数为 0.470.55，其数值均小于 1.00，说明各试验主梁试验工况测点描述实测弹性挠度/mm实测残余挠度/mm理论计算挠度/mm校验系数相对残余挠度/%工况 1KZ1 截面 1-1#梁底挠度4.740.109.120.522.1KZ1 截面 1-2#梁底挠度4.340.098.240.532.0KZ1 截面 1-3#梁底挠度3.470.076.830.512.0KZ1 截面 1-4#梁底挠度2.420.045.180.471.6工况 2KZ2 截面 2-1#梁底挠度3.760.066.990.541.4KZ2 截面 2-2#梁底挠度3.340.046.320.531.2KZ2 截面 2-3#梁底挠度2.890.065.230.552.0KZ2 截面 2-4#梁底挠度2.130.023.970.540.9表 3 各试验工况主梁挠度分析具有良好的抗弯刚度。（2）在各试验工况下，试验各测点卸载后的相对残余挠度为 0.9%2.1%，其数值均小于 20%，说明各试验主梁处于弹性工作状态5。4.2 应力数据分析各试验工况主梁应力的实测值与理论值的分析如表 4 所示。荷载工况测点描述实测弹性应力/MPa实测残余应力/MPa理论计算应力/MPa校验系数相对残余应力/%工况 14.780.139.840.492.64.110.148.900.463.43.810.087.370.522.02.640.065.590.472.1工况 2KZ2 截面 2-1#梁混凝土应力4.100.067.800.521.4KZ2 截面 2-2#梁混凝土应力3.840.077.050.541.7KZ2 截面 2-3#梁混凝土应力3.380.105.840.582.8KZ2 截面 2-4#梁混凝土应力2.270.034.430.511.3工况 3KZ3 截面 2-1#梁混凝土应力0.890.031.660.533.2KZ3 截面 2-2#梁混凝土应力0.770.041.500.514.8KZ1 截面 1-1#梁混凝土应力KZ1 截面 1-2#梁混凝土应力KZ1 截面 1-3#梁混凝土应力KZ1 截面 1-4#梁混凝土应力表 4 各试验工况主梁应力分析（1）在各试验工况下，试验各测点的应力校验系数为 0.460.58，其数值均小于 1.00，说明各试验主梁具有足够的强度冗余。（2）在各试验工况下，试验各测点卸载后的相对残余应力为 1.3%4.8%，其数值均小于 20%，说明各试验主梁处于弹性工作状态5。5 结语通过静载试验，发现在各试验工况荷载作用下，试验各测点的校验系数 灼 和相对残余挠度或应力 S忆p，均在正常范围内，均未超过规定值，表明该桥新建上部结构的强度、刚度较高，处于弹性工作状态，且实际承载力达到设计荷载等级要求。该桥静载试验的成功，不仅能为公路危旧桥梁处治提供科学的评定依据，还能为解决类似工程问题提供一定参考。参考文献1 程华斌，柳颖臣.基于静载试验的公路旧桥承载力评估J.浙江交通职业技术学院学报，2009，10（4）：4-9.2 宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定M.北京：人民交通出版社，2002：1-4.3 谌润水，胡钊芳.公路桥梁荷载试验M.北京：人民交通出版社，2003：1-5.4 中华人民共和国交通运输部.公路桥梁承载能力检测评定规程：JTG/T J212011S.北京：人民交通出版社，2011.5 中华人民共和国交通运输部.公路桥梁荷载试验规程：JTG/T J21-012015S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.基金项目院广州城市职业学院校级科研项目“信息化、智能化在桥梁检测中的应用研究”（2022JKY04004）。作者简介院刘文芳（1986），女，汉族，山东滕州人，硕士研究生，副教授，研究方向为道路与桥梁检测。延丽丽（1984），女，汉族，黑龙江望奎人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程的建设养护。孙超（1984），男，汉族，吉林公主岭人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程的建设养护。绿色交通159