公路桥梁荷载试验的荷载组合问题探讨

公路桥梁荷载试验的荷载组合问题探讨

邓子龙

浙江华恒交通建设监理有限公司

摘要：随着我国高铁通车公里数增加，新建铁路更多的需过河道、沟壑和山区等复杂区域，建造性能良好、抗震性能好、跨越能力的桥梁尤为重要。但桥梁尤其是特大桥，结构复杂庞大，建址环境和地质条件复杂，影响高质量的桥梁因素较多，项目主要从公路桥梁荷载方面提升桥梁质量。

关键词：公路；桥梁；荷载试验

引言

桥梁荷载试验是通过施加荷载对桥梁结构或部件的静力和动力特性进行的现场试验。通过采集现场试验数据进行分析，并计算结构的静力和动力来评价桥梁结构的承载能力和动态性能。

1公路桥梁荷载试验的荷载组合问题

JTG/TJ21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》对控制值S的定义如下：控制荷载对同一荷载控制截面产生的内力或变形的最不利影响的计算值。该规范第5.4.1条中提到：“当静载试验为交（竣）工验收试验时，应采用设计荷载作为控制荷载；否则，应以目标荷载作为控制荷载。”该规范中并未对桥梁荷载试验的荷载组合进行详细说明，但是在该规范的上行规范JTG/TJ21—2011《公路桥梁承载能力检测评定规程》中则有如下表述：“检算荷载一般情况下按照设计规范取值，当有临时通过的特殊车辆重载时，检算荷载取实际车辆荷载。”为此笔者认为，既然上行规范有明确表述，那下行规范应严格执行。桥梁荷载试验检验的是结构的弹性工作状态，因此试验荷载组合应按照正常使用极限状态进行荷载组合。该规范对于活载（或活载替代值）的荷载组合未有明确表述。目前，大多数单位还是沿用《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的做法，设计荷载按照汽车（车道）标准值＋人群标准值或挂车标准值来取值。

2公路桥梁荷载试验的荷载组合

2.1荷载试验技术应用要点

（1）环境因素控制。试验开始前踏勘掌握工程的环境状况，规划总体工期、选定试验时段、协调交通管控等社会关系，营造良好的试验条件。（2）荷载试验设备和加载车辆控制。荷载试验设备的质量是试验开展的核心，准备高质量的设备仪器，保障相关测试设备的平稳运行，才能得到精准数据。此外，加载车辆的型号及满载重量的一致，也是保证测试环节稳定性和测试结果准确性的重要因素。（3）试验人员管理。应分工明确，责任到人。做好技术交底培训，规范所有试验参与人员的业务操作，监督试验过程中节点工序质量，保障数据的真实性。

2.2移动荷载作用下桥梁结构响应测试技术

结构安全监测系统的关键就是要求通过所采集的结构在役状态下的响应信号，如应变、挠度、速度、加速度等一系列的时域数据，利用模式识别的方法对桥梁结构健康状态进行评估。一般可以利用结构参数来描述桥梁结构所处的健康状态，这些参数目前主要包括几何物理参数和振动模态参数。模态参数主要包括桥梁结构的固有振动频率、阻尼比以及模态振型等，它们是工程结构本身所固有的动力学特性参数。对于每一座桥梁来说，这些固有模态特性参数的变化情况，往往能够映射出结构物理参数的改变，所以说模态参数目前是工程技术人员所进行的工程结构模型修正、抗风与抗震设计、结构损伤预警、结构状态评估等工作的前提和基础。目前对于准确高效地获取结构模态特性参数信息是一个重要的发展方向。有限元模型修正是指从测得的结构精准的静、动力响应数据中提取能反映桥梁结构真实状态的指标，然后利用专家系统评估指标对初始的有限元模型进行修正，使修正后的有限元计算分析结果能与实测指标匹配的技术。这就要求人们对桥梁结构的力学分析不单单局限于独立研究桥梁结构的响应问题，而是将桥梁与其上的移动荷载作为一个耦合的整体系统来进行研究，这往往需要获取移动荷载位置与桥梁结构响应之间一一对应关系曲线。目前流行的做法是通过数值计算的方法来获得，或是利用解析的方法或半解析的方法计算获得。

2.3试验车辆类型

静载试验根据静力等效的原则，通常采用载重汽车加载模拟控制截面产生最不利荷载时的设计荷载。新建桥梁的设计荷载一般有公路－Ⅰ级、公路－Ⅱ级或城－A级、城－B级等四种荷载等级，对于设计荷载等级较高的桥梁，采用三轴加载车和四轴加载车较多。有些既有桥梁设计汽车荷载等级较低，可采用两轴加载车辆。1)确定变量。选择试验加载车队类型，可知车队纵向车排布置数n、车轴数m以及车长Lcar，已知横向最大布车数为Nt，设置车辆间距a1。(2)在确定的控制截面内力影响线基础上，搜索车队产生的最大荷载效应及位置。假设车队在纵桥向布置n排车，都以第n排车最靠近起点处的车轴为定位轴(若此排车为正方向，后轴为定位轴;反之，前轴为定位轴)。(3)以最大横向布车数Nt为上限，穷举所有车道车数的组合。(4)根据式(9)计算所有可能性的加载效率。(5)以静力荷载试验效率的取值范围为约束条件，返回满足条件的所有方案。

2.4动载试验结果分析

（1）结构自振频率。自振特性试验表明，左幅主桥第十一联实测前3阶竖向自振频率分别为2.83Hz、3.21Hz、3.65Hz，大于理论计算值2.39Hz、2.86Hz、3.37Hz，该联实测振型和理论振型一致。这说明该桥上部结构整体刚度较理论值大。（2）阻尼比。模态分析时，对应各阶阻尼比范围为0.685%～1.241%，说明桥梁在车载作用下振动衰减速率不高。这表明对桥梁采取加固措施后，其抗震性能得到提升。（3）冲击系数。实测主桥控制断面的平均冲击系数为1.09～1.11，计算得到的理论冲击系数为1.13，实测值小于理论值，表明主桥在正常工作状态下动力性能较好。

2.5桥梁施工

在桥梁工程施工开始前，需要了解建筑特点以及预应力钢结构应用原理。在进行预应力钢结构设计时，要加强对张拉力度的控制。张拉力的强弱关系到桥梁建筑质量，拉力过强，会导致桥梁负载大；拉力弱，则达不到预应力预期效果，钢结构作用得不到发挥。需要对张拉力强弱进行控制，合理约束钢筋延伸程度，在保证其施工质量的同时，提高桥梁施工的安全性。跨度比较大桥梁需要可靠的预应力，对此通常都是采用先张法施工，以加快工程施工，保证施工效果。在施工过程中，施工单位应当结合桥梁设计要求综合考虑，设计预应力结构。根据桥梁施工项目的实际情况，搭设预应力台座，达到预应力张拉的目的，以有效地提高桥梁结构强度。除此之外，还需按照设计方案施工，避免出现施工与设计不匹配等问题的出现。与其他钢结构施工控制相比较，对预应力钢结构的控制，需要从开始到制作、安装，并对结构性能及张拉分析，发现问题要采取有效的控制措施。

结语

桥梁静载试验中控制荷载的建议荷载组合，原则上应遵循“老桥按老标准，新桥按新标准”理念，特殊情况下荷载组合可根据桥梁设计年代以及实际情况选择标准组合或频遇组合，报告中应注明组合方式。

参考文献

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