對某橋荷載試驗布載方案的研究

摘要 橋梁動靜載試驗是體現(xiàn)橋梁承載能力的一種方法，布載方案決定了加載過程中車輛定位所需時間的長短。文章利用MidasCivil影響線加載的方式制定了某橋的布載方案，通過試驗方式得到實測數(shù)據(jù)，并分析在橋梁最不利斷面加載形成車隊荷載與未形成車隊荷載是否對采集數(shù)據(jù)造成影響，以確定在實際采集數(shù)據(jù)中更有效的方案。結(jié)果表明，形成車隊荷載與未形成車隊荷載對校驗系數(shù)影響不大，均滿足校驗系數(shù)小于1的要求；在加載效率相當(dāng)?shù)那闆r下，形成車隊荷載可以節(jié)約試驗時間。

關(guān)鍵詞 靜載試驗；效應(yīng)系數(shù)；校驗系數(shù)；布載方案

中圖分類號 U446.1 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0150-04

0 引言

橋梁檢測包括外觀檢測和結(jié)構(gòu)檢測，其中結(jié)構(gòu)檢測中的動靜載試驗最為重要。橋梁的靜載試驗的布載工作是整個試驗的核心步驟，在橋梁的最不利截面加載最不利的荷載，利用一定量的荷載使橋梁內(nèi)力達到設(shè)計要求，并保證加載的效應(yīng)系數(shù)在0.85～1.05之間（新橋取0.85、舊橋取0.95）[1-3]。為明確布載間距對靜載試驗是否產(chǎn)生影響[4-6]，通過對不同加載方案進行試驗，分析布載間距對效應(yīng)系數(shù)和校驗系數(shù)的影響。

1 工程背景

某市一座獨塔對稱斜拉橋，橋長110 m，兩邊跨為55 m+55 m。橋面寬度為20.9 m，設(shè)雙向四車道，車行道寬2×7.5 m，人行道寬2×1.5 m，索塔分隔帶寬2.9 m。主橋上部結(jié)構(gòu)變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用單箱三室截面，主塔采用鋼筋混凝土橋塔，塔高24.5 m，橋塔與主梁和橋墩采用固結(jié)連接；下部結(jié)構(gòu)主墩采用直徑為4 m的鋼筋混凝土圓柱式橋墩，樁基采用6根直徑為1.8 m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。該橋設(shè)計荷載等級為城市B級、人群－3.5 kN/m2。該橋橫截面如圖1所示，立面圖如圖2所示。

2 有限元建模及理論

2.1 有限元建模

采用MidasCivil建模，主梁、主塔及橋墩所用混凝土標(biāo)號為C50，主梁和主墩及主塔采用梁單元模擬，而斜拉索則用桁架單元模擬，如圖3所示。全模型共有88個節(jié)點，62個單元。其中，梁單元為44個，桁架單元為18個。主墩與主梁、塔梁固結(jié)，兩邊跨支座簡化為可以繞y軸轉(zhuǎn)動和順橋向平動。

2.2 布載理論

布載是利用結(jié)構(gòu)力學(xué)中影響線的應(yīng)用，當(dāng)荷載移動到梁的某個位置，使某量達到最大值，則此荷載的位置即為最不利位置[7-8]。影響線的一個作用，就是確定荷載的最不利位置，在影響線峰值附近加載使某量達到設(shè)計的理論值[5，6，8]。

3 布載方案

靜載試驗的布載方式也決定此次數(shù)據(jù)采集的合理性。在橋梁的最不利斷面形成車隊還是間隔一定距離，使效應(yīng)系數(shù)達到規(guī)范要求的范圍內(nèi)的加載方式有效。利用此次橋梁荷載試驗對上述問題進行驗證。根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）相關(guān)要求可知，該橋的舊橋效應(yīng)系數(shù)ηq宜介于0.95～1.05之間。在實際工程中，所選車輛荷載加載時需綜合考慮效率系數(shù)ηq、與設(shè)計的活荷載的等效性和車輛的機動性等因素。靜載試驗效應(yīng)系數(shù)ηq按以下公式計算：

式中，Ss——靜載試驗荷載作用下，某一加載試驗項目所對應(yīng)控制截面內(nèi)力或位移的最大效應(yīng)計算值；S——控制荷載產(chǎn)生同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計算值；μ——按規(guī)范選取的沖擊系數(shù)值。

此次荷載試驗所采用的車輛為4輛30 t的通用試驗車輛（前四后八），前兩軸各重3.9 t，后兩軸各重11.6 t；所選的控制截面要求及實測截面的選取如圖4所示。斷面的測點布置如圖5所示。

由四個主要控制截面確定八種工況，具體的荷載試驗工況及試驗內(nèi)容如表1所示。

通過MidasCivil建模得到在城B荷載下的彎矩值，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21—2011）的規(guī)定，并經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析計算確定該橋的內(nèi)力控制截面。兩種不同加載方式僅考慮中載條件下布載方式的不同，結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行采樣。由有限元模型計算得到的靜載試驗荷載效應(yīng)系數(shù)如表2所示：

對工況一、三、五、七布載進行著重分析，布載方案僅列出工況一和工況七的布載圖，如圖6～7所示。

校驗系數(shù)λ按下列公式計算：

式中，λ——校驗系數(shù)；Se——控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利計算值；Ss——某一加載試驗項目對應(yīng)加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計算效應(yīng)值。

采用東華測試設(shè)備進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，其中以彎矩為主要的控制參數(shù)，如表3所示：

幾種工況實測的校驗系數(shù)λ均小于1，滿足規(guī)范要求。布載的形式不同對靜載試驗的結(jié)果影響不大，在滿足效應(yīng)系數(shù)ηq的前提下，加載所得到的相關(guān)控制量均滿足要求，校驗系數(shù)λ均小于1。由此可見，形成車隊和有一定間距的加載在理論上一致，均可得到有效的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

通過對上述試驗采集到的數(shù)據(jù)進行分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）在最不利截面形成車隊和未形成車隊的加載方式對采集數(shù)據(jù)沒有影響，這是運用影響線布載的基本原理，找到最不利荷載的最不利位置。形成車隊加載方式有利于現(xiàn)場的布載，只需要將頭車的后軸定在相應(yīng)的截面上，而后面的車輛則只需要確保不撞上即可，然而未形成車隊進行車輛定位的工作量十分龐大，現(xiàn)場的時間十分緊迫，采集的項目多且雜，故形成車隊加載更有利于現(xiàn)場工作。

（2）實測殘余值小，滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

（3）形成車隊和未形成車隊荷載通過結(jié)構(gòu)的靜載試驗得到的效應(yīng)系數(shù)和校驗系數(shù)影響不大。

（4）可以考慮根據(jù)其影響線優(yōu)化不同截面在不同工況下的荷載加載方案，減少布載工況，以及一些不必要的工作。

參考文獻

[1]公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程：JTG/T J21—2011[S].北京：人民交通出版社， 2011

[2]公路橋梁荷載試驗規(guī)程：JTG/T J21-01—2015[S].北京：人民交通出版社， 2016.

[3]Alemdar Bayraktar，Temel Türker，Janusz Tadla，Altok Kur?un，Arif Erdi?. Static and Dynamic Fifield Load Testing of the Long Span Nissibi Cable-stayed Bridge[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering， 2017：94.

[4]陳華婷，李德旺，張文學(xué)，等.公鐵兩用橋公路組合橋面板車輛荷載試驗[J].中國公路學(xué)報， 2023（3）：211-224.

[5]周特.橋梁荷載試驗方案優(yōu)化及技術(shù)應(yīng)用要點分析[J].工程技術(shù)研究， 2022（24）：74-76.

[6]許佳偉，李新生，王濤.連續(xù)梁橋荷載試驗快速分析程序的研發(fā)與應(yīng)用[J].北方交通， 2022（12）：1-5+9.

[7]柴繼樂.探討秋浦河大橋荷載試驗在養(yǎng)護中的作用[C].中國公路學(xué)會養(yǎng)護與管理分會第十屆學(xué)術(shù)年會論文集.中國公路學(xué)會養(yǎng)護與管理分會.2020：314-319.

[8]公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范：JTG D60—2015[S].北京：人民交通出版社， 2015.