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1、基于静载试验的公路桥梁健康诊断分析张贤文（益阳市交通规划勘测设计院湖南益阳413000）摘要：判断在役桥梁能否正常运营，需要通过准确、有效的方法对桥梁进行健康诊断和评定, 静载试验作为一种科学、可靠的常见检测手段广泛应用于桥梁承载能力检测方面。基于此, 以湖南省益阳市安化县温溪桥为例，结合静载试验结果，对该桥进行了健康诊断分析与评定, 为后续的加固维修工作提供了参考依据。关键词：静载试验；公路桥梁；健康诊断1、前言社会进步和土木工程的发展带动了公 路桥梁建设，据不完全统计，我国现有公路 桥梁5000余座。随着车流量的增大，许多 桥梁处于超负荷工作状态，同时，受运营环 境和自身结构缺陷的影响，大
2、部分桥梁在其 运营周期内，会出现不同程度的损伤，导致 某些功能失效，带来工程隐患。因此，为了 保证在役桥梁正常运营，应该采取适当手 段，对其进行健康诊断分析，明确桥梁损伤 严重程度，针对性的提出加固维修措施。近 年来，桥梁健康诊断也是工程界和学术界研 究的热点，不少学者做了这方面的研究：赵 志国等比较分析了目前的桥梁健康诊断方 法，对桥梁健康诊断的应用现状进行了分 析，并展望了其发展趋势；周海俊等对桥 梁荷载试验进行了综合论述，并对存在问题 进行了分析；尹彬彬等对桥梁技术状态评 估中荷载试验检测技术进行了研究，说明了 荷载试验目前的不足和局限性，对荷载试验 发展方1何进行了展望；王洪涛等以北方
3、某 立交桥为例，结合外观检测、实体检测和荷 载试验结果，对桥梁病害成因进行了分析， 并提出了加固维修措施。众多研究表明，荷 载试验可以作为公路桥梁健康诊断的一种 科学、可靠的检测手段。基于此，以湖南省 益阳市安化县温溪桥为例，结合静载试验结 果，对该桥进行了健康诊断分析，为后续的 加固维修工作提供了参考依据。2、工程概况温溪桥位于安化县境内的温溪村，建于 上世纪90年代。该桥上部结构为空腹式带 拱肋石板拱，主跨净跨径25m,矢跨比为 0.16,桥面宽度：净5.5m+2xlm,桥头连接 线路面宽度为4mo主拱圈线形为悬链线， 桥梁全长33.54m,现有荷载等级为公路-II 级。随着当地经济的发展
4、，通行该桥的车流 量加大，该桥在该区域的地位廿益提高。由 于受当时建造历史条件的限制，致使目前该 桥在安全性能上存在多处隐患。一方面是车 载重量增加，该桥长时期处于超荷载运营； 另一方面该桥建设年代久远，原设计、施工 资料均缺失，经过多年的使用，该桥在使用 性能、安全性能方血存在较为严重的退化现 象。为了该桥能继续安全地提供运输服务， 必须对该桥的运营状况进行健康诊断与评 估。该桥概貌如图1所示。图1温溪桥概貌图3、静载试验3.1试验目的根据规范要求，判断在役桥梁能否正常 运营，必须对桥梁进行健康诊断，荷载试验 是桥梁诊断重要手段，工程中常采用静载试 验或动载试验进行桥梁检测。其中静载试验 将
5、静II:车辆荷载作用在桥梁指定位置，主要 测试桥梁控制界面应变、挠度及裂缝开展情 况，根据测试结果对桥梁结构承载能力进行 评定，判断能否正常运营。3.2试验工况及加载车辆布置采用专业有限元分析软件对桥梁进行 计算分析。该桥主、边跨跨中填料厚度（包 括路面厚度）1.2m,依据有关规范，不计冲 击力。选取拱顶及拱脚截面作为静载试验的 主要测试截面。根据有限元分析软件计算结 果，拟定两种静载试验工况：工况I ,拱顶 截面最大正弯矩（中载）。工况II,拱脚截 面最大负弯矩（中载）。为了检测桥梁关键 截面的受力和变形、桥梁的运营安全系数， 按试验荷载效应与设计荷载效应等效的原 则，对各测试截面活载内力进
6、行计算分析， 确定静载试验时荷载的大小。鉴于桥梁技术 状况等级较低，主拱圈厚度偏薄，且桥头连 接线为4m宽，故按单车道布载，理论计算 需要1辆装载后总轴重为350kN （前轴重 70kN,后轴重280kN）的汽车,静载试验时 用加载车直接加载。试验中对加载车进行配 重、过磅，使加载车轴重达到试验要求经过 计算确定，静载试验需用1辆试验加载车。 3.3静载试验荷载效率试验荷载效应的计算是在设计内力计 算结果的基础上，确定加载位置，加载等级 以及试验荷载作用下结构反应大小的过程。 在不影响主要试验目的的前提下，一般采用 内力或变形等效的加载方式，根据设计标准 荷载，计算书控制截面所产生的的理论最大
7、 内力，然后调整试验荷载，使试验截面实测 内力逐渐达到理论最大内力值，以此进行检 验鉴定。控制截面在试验荷载作用下的实测 最大内力值与理论内力值的比值即是静载 试验荷载效率*桥梁的静力荷载试验按荷 载效率n来确定试验的最大荷载，静力荷载 效率n的计算公式见式I：sh = gSR（1）式中：Sg 试验荷载作用下检测部位变形 或内力的计算值；s设计标准荷载作用下检测部位变形或内力的计算值；5一设计取用的动力系数在己有的技术资料的基础上，木次试 验用专业有限元分析软件对桥梁进行了理 论计算分析。实际荷载试验时，试验效率系 数应控制在0.951.05之间。温溪桥在各 荷载工况的荷载效率系数见表1。表1
8、荷载效率系数表控制裁面试验工况S(KN.m)Sstat(KN.m)6n %)拱顶截而最大正弯矩（中载）25024010.96拱脚鼓而最大正弯矩（中载）22423411.05由表1可知：1.05斗0.95,满足基本 荷载试验条件。3.4挠度观测挠度是反应梁弯曲后横截面竖向变形 的参数，传统的桥梁挠度测量大都采用百分 表或位移计直接测量，目前在我国桥梁维 护、旧桥安全评估或新桥验收中仍广泛应 用。温溪桥现场挠度观测采用精度为 O.Olmm的百分表进行观测。在桥梁拱顶截 面位置，沿横截面方向每个截面布置了 3个 测点进行挠度观测。拱顶截面具体布置如图 2所示。I1 主拱申截而9 1#2#3#图2挠度
9、测点布置3.5裂缝观测对全桥特别是对拱顶、拱脚截面等敏感 部位在加载前后均进行仔细的裂缝观测。首 先用目测搜寻有无裂缝，如发现裂缝，则采 用裂缝观测仪测景其宽度，用钢尺测量其长 度，并做好记录。4、静载试验结果及数据分析4.1诊断数据分析静力荷载试验跨中最大正弯矩即工况 I，拱顶截面测点挠度横向分布不均匀，拱板横向刚度较小，测试结果特征值见表2。 表中正数表示向下挠曲变形，负数表示IM上 挠曲变形。表2挠度测试结果(单位：mm)项目测试截面拱顶总变位实测值1.62实测值1.11弹性变位理论值1.21校验系数0.92残余变位实测值0.51相对残余变位/%31.5在静力荷载试验中，工况I的拱顶挠度
10、 值达到1.62mm,超过理论值1.21mm,试验 人员立即对拱圈顶部及拱脚等关键位置进 行检查，未发现明显裂缝及其它损伤，位移 数值5分钟内即稳定，卸载后每5分钟观测 一次，共观测时长45分钟，10分钟内即稳 定，残余挠度为0.51mm，相对残余变位为 31.5%,大于大跨径混凝土桥梁的试验方 法所规定的容许值20%,挠度校验系数0.92 接近1.0,表明桥梁结构在荷载作用下产生 了较大的不可恢夏变形，且安全储备较小。 考虑到该桥技术状况差及受力性能不良的 特点，试验终止，不再进行工况II的试验。 4.2健康诊断结果结合静载试验可知，各静载试验工况的 荷载效率系数T|在0.95-1.05范围
11、内，满足 公路桥梁承载能力检测评定规程(JTGT J2120115；)中有关条文的规定；拱顶最大 正弯矩试验工况下，相对残余变位为31.5%, 大于大跨径混凝土桥梁的试验方法所规 定的容许值20%,表明桥梁结构在荷载作用 下产生了较大的不可恢夏变形；挠度校验系 数0.92接近1.0,说明拱圈结构安全储备较 小；根据以上试验结果及分析数据，参照公 路桥梁承载能力检测评定规程(JTGTJ21- 2011) 8.3.1条，表明该桥在公路-II级荷载 标准等效荷载作用下，承载力不能满足要 求。对该桥采用了考虑各部件权重综含评定 方法以及桥梁技术状况评定标准评定方法 两种方法进行评定。该桥全桥结构技术状
12、况 评分为79.4分，但依据公路桥涵养护规 范(JTG Hll-2004w) 3.5.2.2 项，对重要 部件(如墩台与基础、上部承重构件、支座) 以其中缺损最严重的构件评分，其总体评定 结果为四类桥。综上所述，该类桥必须停II： 运营，及时进行加固维修或拆除重建，以确 保过往车辆和行人的生命财产安全。5、结语温溪桥现场检测结果进一步证实了桥 梁静载试验作为一种常见检测手段，可以广 泛应用于公路桥梁健康诊断。但是桥梁结构 在正常运营过程中受环境、交通等诸多不确 定因素影响，要从真正意义上实现桥梁结构 的实时监控与健康诊断，还有待进一步研究 和探索。参考文献：1 赵志国，林师灼.现代桥梁健康诊断的最新发 展与研究J.国外建材科技,2004, 25 (05): 57-592 周海俊，等.桥梁荷载试验研究综述J.中外 公路,2008, 28(01) : 164-166.3 尹彬彬，李金涛.荷载试验检测技术在桥梁技 术状态评估中的应用J.检软与认证,2011, 05:10-14.4 王洪涛，赵东升.某立交区桥梁荷载试验结果 分析及加固措施研究J.北方交通，2014, 04:15-18.5 JTGT J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规 程S.6 JTG 1111-2004,公路桥涵养护规范S.
