高速公路箱梁静载试验检测探讨

肖慧媛

（吉安市路桥工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

桥梁结构静载试验是在桥梁结构指定位置施加静荷载，并进行结构应力应变、挠度等的测试，以了解桥梁结构承载能力及实际工作状态，掌握理论上无法计算部位的受力状态，发现一般性检测中难以发现的隐蔽性病害，对桥梁结构承载力做出直接、准确的判断。静载试验方案的设计直接关系到试验过程的可操作性及结果的准确性，该文以具体工程为例，对高速公路箱梁静载试验方案设计及试验过程的展开进行了深入探讨，可作为该试验方案工程应用的借鉴参考。

1 工程概况

某新建高速公路按照公路-Ⅰ级荷载设计，桩号K40+023～K40+500段桥梁上部为150+2×140+130 m的预应力混凝土组合箱梁，该箱梁为先简后支连续结构，箱梁高2.2 m，横向设置4片主梁；下部为U型桥台，其中0#台为桩基础，4#台为扩大基础，框架式桥墩。全桥为四联，每联4孔。为进行该桥梁施工质量检测，验证桥梁空间分析模型及钢材、混凝土参数取值是否与竣工后实际状况吻合，必须展开静力荷载试验。

2 试验目的及方案

2.1 试验目的

在施工现场以顺桥向右幅边跨、次边跨为试验对象，以边跨跨中A截面、次边跨跨中B截面、支点处C截面为测试截面，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21—2011）并结合测试截面受力特点沿截面高度布置应变测点和挠度测点，主要展开该高速公路箱梁应变测试和挠度测试，以进行桥梁结构工作状态及使用性能评价[1]。

2.2 加载原则

在最不利截面弯矩下，以车辆为加载设备。该试验采用6辆单车点平均重量为300 kN的斯太尔载荷车进行加载，依次编号为1#～6#试验车，车辆尺寸具体见图1。其中1#试验车前后轴重6.2 t和2×19.4 t，总重45 t；2#、3#试验车前后轴重5.1 t和2×16.3 t，总重37.7 t；4#试验车前后轴重7.9 t和2×15.9 t，总重39.7 t；5#、6#试验车前后轴重4.3 t和2×15.9 t，总重36.1 t。

图1 加载车辆尺寸（单位：cm）

为进行高速公路箱梁结构力学行为的准确评价，静载试验内力效应和设计荷载内力效应之比即静载试验效率取值必须在0.8～1.05之间。

式中，ηq——静载试验效率；Sj——试验荷载下位移与内力比；Ss——设计荷载下位移内力比；μ——冲击系数。

2.3 加载方案

为保证静载试验顺利进行，避免出现意外破坏，必须遵守严格的加载程序分级递加和递减。正式加载前必须进行预加载，以确定和检验加载试验参数。静载试验的持续时间原则上取决于桥梁结构变形并达到稳定状态所需要的时间，必须等结构变形达到稳定状态时再读取试验数据，并进入下一载荷试验阶段。对于同一级试验荷载而言，如果变形最大的测点在最后5 min内实际变形量比前一个5 min实际变形量小15%以上，则认为结构变形已趋于稳定[2]。静载试验过程在4种工况下分三级加载，具体安排见表1。

表1 静载试验工况及加载分级

2.4 测点布置

进行该箱梁结构应力应变测试时，将弓形应变计分别安装在跨中板底、支点板底及板顶，进行静力荷载作用下混凝土结构应力应变测试。挠度测试时，将电测位移计安装在跨中及支点断面，进行不同荷载作用下挠度测量，应力应变及挠度测试数据均通过分散式数据采集系统采集并记录。

应力应变测试截面包括A、B、C三个截面，其中A、B截面应力应变测点均设置在梁底，C截面应力应变测点则设置在腹板外侧，共5个。挠度测试仅针对A截面和B截面展开，测点设置在截面处箱梁位置，同时在0#台、1#墩和2#墩处分别设置2个支点沉降测点。

根据各控制截面内力影响线进行加载车布载，并通过加载车的移动使各测试截面荷载达到目标水平，并使各截面力矩实测值和标准货载作用下力矩设计值之比符合《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21—01—2015）中静载试验荷载效率要求。

3 试验过程及结果

3.1 试验加载

试验过程中边跨、次边跨及支点截面均分三级加载布置荷载，各截面分级加载表详见表2。静载试验具体加载位置通过MIDAS/Civil 2010结构分析软件进行计算，按照公路-Ⅰ级确定设计荷载，同时结合该高速公路箱梁运行实际考虑折减系数。根据弯矩等效选择，必须将静载试验荷载效率控制在0.93～1.03之间。该静载试验荷载效率取值表明，试验荷载所产生的力学效应能反映设计荷载力学效应[3]。

表2 各截面分级加载表

3.2 试验结果

以边跨跨中A截面为例，进行该高速公路箱梁结构应力应变及挠度结果分析。

3.2.1 应力应变试验结果

A截面各测点在中载分级加载下应变实测结果及校验系数见表3，应变试验校验系数是某测点实测应变值和理论应变值之比。对于预应力混凝土桥梁而言，当应变校验系数取值在1.0以下时，表明桥梁结构具有较好的工作性能。由表中测试结果可知，A截面测点中校验系数最大取0.50，满足规程要求；截面测点应变实测值横向分布趋势与理论值横向分布趋势整体一致，表明该截面强度符合设计要求。

表3 A截面中载分级加载应变测试结果

A截面各测点在偏载分级加载下应变实测结果及校验系数见表4，根据表中测试结果，各测点校验系数均不超出1.0，满足要求；各测点应变实测值横向分布取值和理论值横向分布趋势基本吻合，表明该截面强度满足设计且工作性能良好。

表4 A截面偏载分级加载应变测试结果

A截面中载情况下A-2测点的实测应变值最大，三级荷载时达到66.1 με，其与理论应变值的线性关系可以表示为：y=0.510 6x-1.889 0，R2=0.999 5，该测点实测应变值和理论应变值线性关系良好。A截面偏载情况下A-1测点实测应变值最大，三级荷载下取值为64.5 με，其与理论应变值的线性关系表示为：y=0.346 8x-11.04，R2=0.999 5，实测应变值和理论应变值仍有较好的线性关系，相关系数的平方达到0.999 5。

高速公路箱梁的工作状态还可通过相对残余应变指标予以体现，相对残余应变为残余应变实测值和最大应变实测值之比，该比值越小，则桥梁结构弹性工作性能越好。通常要求该比值不超出0.2。A截面中载情况下，4 个测点残余应变实测值分别为 0.5 με、0.3 με、-7.8 με、-2.4 με，最大应变值分别为 26.4 με、65.8 με、59.7 με、23.7 με，相对残余值依次为 0.02、0.01、-0.13、-0.1，均满足规范要求。A截面偏载情况下，4个测点残余应变实测值分别为 -0.2 με、3.5 με、-1.8 με、-2.1 με，最大应变分别为 64.5 με、56.7 με、39.4 με、28.2 με，相对残余值依次为 0、0.06 με、-0.05 με、-0.07 με，符合规范。

3.2.2 挠度试验结果

A截面各测点在中载分级加载下挠度实测结果及校验系数见表5，变形校验系数是某测点实测挠度值和理论挠度值之比。对于预应力混凝土桥梁而言，当变形校验系数取值≤1.0时，表明桥梁结构具有较好的工作性能。由表中测试结果可知，A截面测点中变形校验系数最大取0.50，满足规程要求；截面测点挠度实测值横向分布趋势与理论值横向分布趋势整体一致，表明该截面刚度符合设计要求，处于弹性工作状态。

表5 A截面中载分级加载挠度测试结果

A截面各测点在偏载分级加载下挠度实测结果及校验系数见表6，根据表中测试结果，各测点校验系数位于0.34～0.46之间，满足要求；各测点挠度实测值横向分布取值和理论值横向分布趋势基本吻合，表明该截面刚度满足设计且工作性能良好。

表6 A截面偏载分级加载挠度测试结果

实测残余挠度和最大挠度之比越小，表明结构越接近弹性工作状态。A截面中载分级加载时仅A-3测点相对残余挠度为0.14，其与测点相对残余挠度值均更小；A截面偏载分级加载时各测点相对残余挠度值均小于0.2，满足规范要求。

4 结论

综上所述，该高速公路箱梁静载试验效率取值在0.93～1.03之间，试验数据合理可靠，且试验荷载对应的力学效应完全能体现设计荷载的力学效应。静载试验所得到的结构应力应变及挠度值均满足规范要求，且弯矩-应力和弯矩-应变呈较好的线性关系，说明该箱梁抗弯强度和刚度均满足公路-Ⅰ级荷载标准，结构处于弹性工作状态，性能良好。A截面应变和挠度相对残余最大值分别为-0.13和0.14，均满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21—01—2015）中不超出0.2的要求。