◎ 魏龙 中交第一航务工程勘察设计院有限公司

近些年，随着我国经济、技术的快速发展，中国已逐渐成为世界桥梁强国。以往谈到桥梁，首先想到的是公路交通行业，但随着水运行业的迅猛发展，水工建筑物中的桥梁数量也与日俱增，但其桥梁结构承载能力的试验研究却远不及公路交通行业。大数据显示，水工建筑物中桥梁大多以中小桥梁为主，结构形式多采用简支梁桥，是码头前沿等水工建筑物与陆域连接的纽带，其承载能力的好坏，直接影响使用者的健康安全，所以现有桥梁结构承载能力的评估引起外界广泛关注。荷载试验是鉴定桥梁结构承载能力的最直观、最有效、最实用的方法，本文结合某工程实例，着重对静、动载试验方法及结果进行论述，分析研究桥梁结构受力规律，总结工程经验，更好地指导设计与施工。

1.试验研究的理论基础

1.1 承载力检算

检算前首先需要收集设计图纸、竣工图等相关资料，获取桥梁结构各个构件的实际尺寸及材料参数，其次调查当前桥梁的实际使用情况，确定桥梁上部结构的荷载参数，检算时须严格按照《公路桥涵设计通用规范》条文规定进行，一般选在桥梁结构的主要控制断面和结构相对薄弱的部位，目前随着计算机模型软件的发展和普及，数值分析多采用有限元法或边界元法。本文承载力检算采用有限元法，检算主要目的是获取当前状况下桥梁结构设计荷载及模拟试验荷载下的理论计算值，一般包含理论应变值、挠度值。

1.2 静载理论

静载试验的主要目的是获取桥梁结构监测点的实测应变值、挠度值等试验数据，并与理论计算值进行对比。静载试验前首先需要确定试验方案，方案必须满足《公路桥梁荷载试验规程》条文要求，试验方案中的加载方式、步骤、位置及荷载大小根据桥梁结构承载能力的检算结果确定，待收集完整数据后计算校验系数，校验系数公式如下：

当λ＝1时，桥梁结构安全，但安全冗余一般；λ＜1时，桥梁结构安全，且有一定安全冗余；λ＞1时，桥梁结构存在安全风险，缺少安全冗余，需进一步论证。

另外设计规范中也给出了允许裂缝宽度、允许挠度的限值。对于钢筋混凝土桥，裂缝宽度规范允许值为δ＜0.2mm（正常大气条件下），δ＜0.1mm（有侵蚀气体或海洋大气条件下）；

1.3 动载理论

动载试验的主要目的是通过对桥梁结构布设一定数量的拾振器，然后对桥梁结构施加一定激振（也可以是自然激励），测试系统采集信号，进而在PC端后处理软件进行分析处理，从而获取桥梁结构的自振频率、阻尼比、冲击系数等动力特性，并与理论计算值进行对比。动载试验前同样需确定好试验方案，方案必须满足《公路桥梁荷载试验规程》条文要求。桥梁本身固有性质决定了其动力特性，与外界条件无关。

2.试验方法

为更好地对水工建筑物中桥梁结构承载能力的试验检测方法进行介绍，下文依托某工程实例展开论述。

2.1 依托项目概况

江苏盐城港某港区5万吨级通用泊位码头与后方堆场之间通过3座栈桥连接，栈桥结构形式为装配式预应力混凝土简支空心板桥，其中2#栈桥全长91.28m，桥宽15m，纵向排架主间距为13.5m，每个排架共3根桩。预应力钢筋混凝土空心板混凝土强度等级为C50，板厚800mm，现浇混凝土面层厚100mm。选取2#栈桥（Q轴～R轴）桥跨进行荷载试验，为方便论述，将（Q轴～R轴）桥跨跨中截面定名为A截面。

2.2 模型计算

试验之前需进行承载力检算，模型计算软件使用有限元软件Midas-Civil。上部结构参数见《栈桥施工图》及《水工施工图设计说明》。栈桥荷载：①栈桥宽度15m，均载 2t；②流动机械荷载参照《港口工程荷载规范》，55t自卸汽车荷载，实际作业中可能出现超载行为，但不考虑超载双车并行。计算模型见图2。根据《公路桥梁荷载试验规程》中静力试验荷载的效率系数0.85≤η≤1.05的要求，经计算此次静载试验共需载重汽车4辆，单辆重量为30t，η=1.02。模型计算可以轻松得到结构的动力特性参数以及在模拟荷载作用下的应变、挠度理论计算值。

图1 测试截面立面图

图2 栈桥模型计算

2.3 静载试验方法

测试截面选择2#栈桥（Q轴～R轴）桥跨跨中截面A截面，即试验跨弯矩、挠度最不利位置，在静载试验中针对跨中截面最大正弯矩处布置汽车荷载。试验分为2个阶段，阶段1：横桥向偏心布置载重汽车；阶段2：横桥向对称布置载重汽车，偏载、中载通过改变Y（m）大小实现。每个阶段分三级加载，分级加载通过载重汽车尾部至跨中截面轴线的距离X（m）进行控制，依次为X=4.5、3.5、2.5m，载重汽车布置见图3。采集系统采用常用的应力计、位移计及测量仪器，布置方式参照规范要求进行。

图3 载重汽车布置图

2.4 动载试验方法

动载试验分为跳车试验和跑车试验。跳车试验中跳车位置选在试验跨临跨即2#栈桥（R轴～S轴）处，目的是给桥梁结构施加激振后，尽可能减少载重汽车对试验跨附加质量的影响，准备工作做好后，启动载重汽车缓慢跨过10cm跳板后立即进行制动，通过测试系统采集试验跨的衰减振动信号，从而获取桥梁时程曲线及频谱曲线，进而分析桥梁结构的动力特性。跑车试验中选用1辆载重汽车分别以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h四种车速驶进驶离桥面，通过桥梁挠度仪测试桥梁的振动响应（动位移、冲击系数），靶标安装到2#栈桥（Q轴～R轴）桥跨跨中第6#板上。

3.试验结果及分析

3.1 静载试验结果

支点沉降数据几乎为零，依据规范当其影响＜1%时，跨中实测挠度值可不进行修正。偏载试验A截面应变、挠度实测值与理论计算值横向分布曲线见图4。

图4 偏载时A截面应变、挠度横向分布曲线图（X=2.5m）

A截面各监测点应变校验系数λ范围为0.36～0.52，平均值为0.46，挠度校验系数λ范围为0.47～0.51，平均值为0.49，应变、挠度校验系数λ 均＜1，且实测横向分布趋势基本与理论计算值大致相同，通过边梁应变测试推算的中性轴高度为0.39 m，始终不变，说明该桥主梁强度、刚度较好。应变及挠度相对残余最大值为10%，满足规范中ΔS≤20%的要求，说明该桥梁结构工作状况良好，尚处于弹性阶段，有安全冗余。

3.2 动载试验结果

根据跳车试验实测1阶自振频率为8.06Hz＜理论计算值8.34 Hz，实测阻尼比为1.24%。跑车试验测出桥梁结构在不同车速下的冲击系数（1+μ），30km/h、40km/h、50km/h、60km/h依次对应冲击系数为1.125、1.167、1.115、1.070，均＜参照规范（JTG D60-2015）计算的理论计算值1.350。

第一阶自振频率实测值＞理论计算值，说明桥梁结构动刚度较大。跑车试验中冲击系数实测平均值为1.119＜理论计算值1.350，表明桥面平整性较好，车桥耦合作用不显著，行车对该桥的实际冲击效应较小。

4.结论

本文对某港区5万吨级通用泊位码头2#栈桥的静、动载试验展开论述，从模型计算到静、动载试验具体方案的确定，再到试验结果及分析均进行了详细讲解，文中给出了水工建筑物中桥梁结构承载能力的试验研究一般步骤及评定方法，旨在为后续类似工程研究提供帮助。其主要结论如下：

（1）荷载试验前需编制试验方案，方案根据检算结果确定，静载试验荷载效率系数η需满足规范要求。

（2）分级加载可以通过载重汽车尾部至跨中截面轴线的距离X（m）进行控制，通过X（m）控制使模型计算和现场试验中操作变得简单，比改变载重汽车重量更加方便。

（3）静载试验获取的试验数据经分析研究后可评价当前桥梁结构工作状况及安全冗余。

（4）动载试验法作为静载试验法的补充，可进一步评价桥梁结构的动力特性。