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摘要：目前进行的桥梁荷载试验主要用来分析桥梁的承载能力、使用状况，很少用来具体分析某一桥梁病害。本次通过使用加载车辆对可能存在单板受力病害的预制空心板桥进行加载，得到各片梁的横向受力状况，从而确定单板受力发展程度。
关键词：静力荷载试验 预制空心板 单板受力 横向分布 横向增大系数
0工程概况
某高速公路某分离立交，上部结构采用15.25+15+15.25m普通钢筋混凝土铰接空心板（理论计算跨径均为15m），全桥总长48.60m，结构形式为先简支后连续。下部结构形式为三柱式钻孔灌注桩基础，框架式桥台。桥面净宽为11.5m，斜交角度65°。该桥于1997年竣工通车，至今已正常服役近10年，由于设计时上部结构空心板采用铰接方式进行连接，在超重车辆及环境等方面因素共同作用下，该桥（天津方向）部分主梁出现梁体下挠过大、铰缝破坏等现象。
通过对该桥进行静力荷载试验，以判断该桥单板受力病害发展情况。
主要技术指标：
（1）设计荷载：汽车-超20级、挂车-120；
（2）桥面宽度：2×（0.5m护栏+净11.5+0.5m护栏）；
（3）桥面横坡：2%单向坡。
1静力加载试验
静载试验是通过对试验荷载作用下桥梁结构的内力与变形进行测量，从而对桥梁工作状态和工作性能进行检验。桥梁结构不仅受到其本身重量即恒载的作用，同时还受到车辆荷载、人群荷载等活载的作用。静力加载试验是对桥梁结构在活载作用下桥梁的工作状态与工作性能进行检验，从而确定桥梁的承载能力。测试桥型布置和相关横断面示意图见下图1，图2。
图1桥型布置图
图2横断面示意图
1.1试验荷载确定
本桥静载试验的目的是检验桥梁的承载能力是否符合设计荷载标准汽车－超20级的要求。根据交通部公路科研所等单位编写的《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，静力试验荷载效率：基本荷载试验为1.05≥η≥0.8，其中：本桥的静载试验采用等效荷载加载方式，在结构设计的影响线最不利处布载，计算出桥梁结构控制截面（正弯矩最大截面、墩顶最大负弯矩截面）在试验荷载下的最大内力值，与设计荷载（汽车-超20级；挂车-120）作用下的该控制截面的理论内力值的进行比较，以保证静力试验荷载效率系数在0.8～1.05范围内。
根据确定汽车-超20级荷载标准，以及待测试部位内力与变形的计算值，选用3辆重约350KN的东风自卸车作为汽车-超20级加载车辆。静载试验所用的加载车辆的型号、数量及轴距、轮距见下表1。
表1加载车辆轴距、轮距及实际载重表
1.2加载试验项目
该桥主跨结构为三跨连续空心板，在选择测试项目时，应充分考虑连续梁桥的特点。连续梁桥由于连续梁端的卸载作用，最大正弯矩出现于边跨距非连续梁端7.25m位置，最大负弯矩出现在边跨与次边跨间的支点位置。故测试的主要项目为桥跨结构边跨、次边跨最大正弯矩。本次荷载试验的主要项目有：
1．第一跨最大正弯矩断面的应变、挠度；
2．第二跨跨中断面（最大正弯矩）的应变、挠度。
1.3加载工况
试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行：
1．尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；
2．在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下，加载工况进行简化、合并，以尽量减少加载位置；
3．每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。
本次静载试验共有四种加载位置：
（1）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第一跨正弯矩最不利加载位置；
（2）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第一跨正弯矩最不利加载位置；
（3）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置；
（4）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置。
1.4理论计算
本次静力荷载试验采用midas/civil大型有限元计算软件进行理论分析。本次静力荷载试验，根据梁格法计算理论对该桥采用空间梁单元离散，见下图3。共建立节点707个，梁单元1042个。
图3分离立交结构离散图
1.5静载试验荷载效率
试验前需对受力最不利梁的加载效应值与标准荷载效应值进行比较,结果见下表2，以保证试验的有效性及安全性。
表2静载试验荷载效率
加载
工况 加载
位置 试验断面
及试验项目 主要测
试断面 最不利梁号 试验荷载效应
(KN·m) 理论荷载效应
(KN·m) 试验荷
载效率η
1 第一跨 3辆加载车横桥向偏心布载，第一跨最大正弯矩 A断面 2＃ 382.4 451.9 0.846
2 第一跨 3辆加载车横桥向对称布载，
第一跨最大正弯矩 4＃ 353.3 389.6 0.907
3 第二跨 3辆加载车横桥向偏心布载，第二跨最大正弯矩 B断面 2＃ 311.0 371.7 0.837
4 第二跨 3辆加载车横桥向对称布载，
第二跨最大正弯矩 4＃ 300.9 337.1 0.893
注：1.理论荷载效应（已计入冲击系数影响）应为按汽车-超20级、挂车-120级设计标准的各断面最不利内力，横向布置3列；
2.试验荷载效率η为各工况满载时的试验荷载效应与理论荷载效应之比。
3.A断面为第一跨距非连续端7.25m位置；B断面为第二跨跨中位置：C断面为第一、二跨间支点位置。（详见桥型布置图1）。
1.6测试结果
下表3，表4分别表示出各加载工况下的主要测试断面的挠度（表中正值表示挠度变形向上；表中负值表示挠度变形向下）。
表3 A断面加载3辆车时该断面挠度值表（单位：mm）
2结论
为评价桥梁上部结构横向联结性能的强弱，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）计算该桥上部结构横向增大系数。主要测点在控制荷载工况下的横向增大系数ε，反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。ε值越小，说明荷载横向分布越均匀，横向联结构造越可靠；ε值越大，说明荷载横向分布越不均匀，横向联结越薄弱，结构受力越不利。
上式中：－试验荷载作用下量测的最大弹性变位值；
－试验荷载作用下横桥向各测点量测的弹性变位值的平均值。
由以上各加载工况的挠度数据可以看出，试验孔跨中在偏心、对称布载工况下，荷载的横向分布与理论分布规律基本吻和，表明上部结构整体性能良好，但第一、二跨5号板与相邻板比较，受力较大，4、5号，5、6号板间铰缝为横向受力较薄弱位置，可能存在破坏现象。
由横向增大系数比较表4可知，理论计算横向增大系数与实测横向增大系数较为接近，该桥目前并未出现明显单板受力现象。
表5理论计算与实际测试横向增大系数对比表
3结语
本文通过静力荷载试验方式，对铰接形式桥梁常出现的单板受力病害的发展程度进行确定，具有很强的实际意义，对于该种病害桥梁的加固维修方式的确定有着非常重要的意義。同时为桥梁加固设计、计算，提供了有益的技术资料。为今后进一步研究奠定了基础，积累了经验。
参考文献：
［1］《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）；
［2］《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023－85）；
［3］《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）；
［4］交通部行业标准：《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）；
［5］《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（“铁组”YC4-4/1978科研专题）；
［6］《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；
［7］中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：静力荷载试验 预制空心板 单板受力 横向分布 横向增大系数
0工程概况
某高速公路某分离立交，上部结构采用15.25+15+15.25m普通钢筋混凝土铰接空心板（理论计算跨径均为15m），全桥总长48.60m，结构形式为先简支后连续。下部结构形式为三柱式钻孔灌注桩基础，框架式桥台。桥面净宽为11.5m，斜交角度65°。该桥于1997年竣工通车，至今已正常服役近10年，由于设计时上部结构空心板采用铰接方式进行连接，在超重车辆及环境等方面因素共同作用下，该桥（天津方向）部分主梁出现梁体下挠过大、铰缝破坏等现象。
通过对该桥进行静力荷载试验，以判断该桥单板受力病害发展情况。
主要技术指标：
（1）设计荷载：汽车-超20级、挂车-120；
（2）桥面宽度：2×（0.5m护栏+净11.5+0.5m护栏）；
（3）桥面横坡：2%单向坡。
1静力加载试验
静载试验是通过对试验荷载作用下桥梁结构的内力与变形进行测量，从而对桥梁工作状态和工作性能进行检验。桥梁结构不仅受到其本身重量即恒载的作用，同时还受到车辆荷载、人群荷载等活载的作用。静力加载试验是对桥梁结构在活载作用下桥梁的工作状态与工作性能进行检验，从而确定桥梁的承载能力。测试桥型布置和相关横断面示意图见下图1，图2。
图1桥型布置图
图2横断面示意图
1.1试验荷载确定
本桥静载试验的目的是检验桥梁的承载能力是否符合设计荷载标准汽车－超20级的要求。根据交通部公路科研所等单位编写的《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中的规定，静力试验荷载效率：基本荷载试验为1.05≥η≥0.8，其中：本桥的静载试验采用等效荷载加载方式，在结构设计的影响线最不利处布载，计算出桥梁结构控制截面（正弯矩最大截面、墩顶最大负弯矩截面）在试验荷载下的最大内力值，与设计荷载（汽车-超20级；挂车-120）作用下的该控制截面的理论内力值的进行比较，以保证静力试验荷载效率系数在0.8～1.05范围内。
根据确定汽车-超20级荷载标准，以及待测试部位内力与变形的计算值，选用3辆重约350KN的东风自卸车作为汽车-超20级加载车辆。静载试验所用的加载车辆的型号、数量及轴距、轮距见下表1。
表1加载车辆轴距、轮距及实际载重表
1.2加载试验项目
该桥主跨结构为三跨连续空心板，在选择测试项目时，应充分考虑连续梁桥的特点。连续梁桥由于连续梁端的卸载作用，最大正弯矩出现于边跨距非连续梁端7.25m位置，最大负弯矩出现在边跨与次边跨间的支点位置。故测试的主要项目为桥跨结构边跨、次边跨最大正弯矩。本次荷载试验的主要项目有：
1．第一跨最大正弯矩断面的应变、挠度；
2．第二跨跨中断面（最大正弯矩）的应变、挠度。
1.3加载工况
试验加载位置与加载工况的确定主要依据以下原则进行：
1．尽可能用最少的加载车辆达到最大的试验荷载效率；
2．在满足试验荷载效率以及能够达到的试验目的前提下，加载工况进行简化、合并，以尽量减少加载位置；
3．每一加载工况依据某一加载试验项目为主，兼顾其他加载试验项目。
本次静载试验共有四种加载位置：
（1）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第一跨正弯矩最不利加载位置；
（2）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第一跨正弯矩最不利加载位置；
（3）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向偏心布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置；
（4）3辆加载车辆排成1行3列，横桥向对称布载，纵向布置在第二跨跨中正弯矩最不利加载位置。
1.4理论计算
本次静力荷载试验采用midas/civil大型有限元计算软件进行理论分析。本次静力荷载试验，根据梁格法计算理论对该桥采用空间梁单元离散，见下图3。共建立节点707个，梁单元1042个。
图3分离立交结构离散图
1.5静载试验荷载效率
试验前需对受力最不利梁的加载效应值与标准荷载效应值进行比较,结果见下表2，以保证试验的有效性及安全性。
表2静载试验荷载效率
加载
工况 加载
位置 试验断面
及试验项目 主要测
试断面 最不利梁号 试验荷载效应
(KN·m) 理论荷载效应
(KN·m) 试验荷
载效率η
1 第一跨 3辆加载车横桥向偏心布载，第一跨最大正弯矩 A断面 2＃ 382.4 451.9 0.846
2 第一跨 3辆加载车横桥向对称布载，
第一跨最大正弯矩 4＃ 353.3 389.6 0.907
3 第二跨 3辆加载车横桥向偏心布载，第二跨最大正弯矩 B断面 2＃ 311.0 371.7 0.837
4 第二跨 3辆加载车横桥向对称布载，
第二跨最大正弯矩 4＃ 300.9 337.1 0.893
注：1.理论荷载效应（已计入冲击系数影响）应为按汽车-超20级、挂车-120级设计标准的各断面最不利内力，横向布置3列；
2.试验荷载效率η为各工况满载时的试验荷载效应与理论荷载效应之比。
3.A断面为第一跨距非连续端7.25m位置；B断面为第二跨跨中位置：C断面为第一、二跨间支点位置。（详见桥型布置图1）。
1.6测试结果
下表3，表4分别表示出各加载工况下的主要测试断面的挠度（表中正值表示挠度变形向上；表中负值表示挠度变形向下）。
表3 A断面加载3辆车时该断面挠度值表（单位：mm）
2结论
为评价桥梁上部结构横向联结性能的强弱，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）计算该桥上部结构横向增大系数。主要测点在控制荷载工况下的横向增大系数ε，反映了桥梁结构荷载横向不均匀分布的程度及横向联结的工作状况。ε值越小，说明荷载横向分布越均匀，横向联结构造越可靠；ε值越大，说明荷载横向分布越不均匀，横向联结越薄弱，结构受力越不利。
上式中：－试验荷载作用下量测的最大弹性变位值；
－试验荷载作用下横桥向各测点量测的弹性变位值的平均值。
由以上各加载工况的挠度数据可以看出，试验孔跨中在偏心、对称布载工况下，荷载的横向分布与理论分布规律基本吻和，表明上部结构整体性能良好，但第一、二跨5号板与相邻板比较，受力较大，4、5号，5、6号板间铰缝为横向受力较薄弱位置，可能存在破坏现象。
由横向增大系数比较表4可知，理论计算横向增大系数与实测横向增大系数较为接近，该桥目前并未出现明显单板受力现象。
表5理论计算与实际测试横向增大系数对比表
3结语
本文通过静力荷载试验方式，对铰接形式桥梁常出现的单板受力病害的发展程度进行确定，具有很强的实际意义，对于该种病害桥梁的加固维修方式的确定有着非常重要的意義。同时为桥梁加固设计、计算，提供了有益的技术资料。为今后进一步研究奠定了基础，积累了经验。
参考文献：
［1］《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021－89）；
［2］《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023－85）；
［3］《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）；
［4］交通部行业标准：《公路旧桥承载能力鉴定方法》（1988试行）；
［5］《大跨径混凝土桥梁的试验方法》（“铁组”YC4-4/1978科研专题）；
［6］《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）；
［7］中华人民共和国行业标准《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。