姚响宇，张贤才，雷旺龙

（1湖南科技大学 湖南省普通高等学校土木工程施工过程与质量安全控制重点实验室，湘潭411201）

0 引 言

随着国民经济持续快速的发展，我国交通运输事业迎来一个辉煌灿烂的时代.自1988年我国大陆第一条高速公路建成通车，截止到2006年底全国高速公路通车总里程已达4.54万千米，其中公路桥梁总数已达50万座，并计划在2030年建成总规模约8.5万千米的国家高速公路网[1].全国每年都有一大批结构新颖、雄伟壮观、形式多样的桥梁建成，并且无论在桥梁单跨跨度、结构复杂程度和施工技术难度方面，我国桥梁建设技术水平已进入世界先进行列.相对于其他基础设施，公路桥梁造价高、投资大、社会效益和影响巨大.桥梁工程是生命线工程，为了确保桥梁的安全性和耐久性，适应公路运输载重量不断发展的需求，充分利用我国现有公路桥梁的承载能力，使之能继续安全地为公路运输事业服务，必须对现有桥梁和新建桥梁的承载力做出客观、真实、准确的评价，为桥梁竣工验收和桥梁正常运营养护提供技术依据，为设计理论、施工技术总结积累经验，为我国桥梁建设的整体水平提高创造条件，为今后桥梁的养护管理提供科学依据.

1 工程概况

公跨铁立交桥位于武广客运专线DK1452＋500m高丰村处，大桥长110.06m，共六个墩台.桥跨布置为20＋25＋3×20m.由六片空心板梁组成的预应力简支板桥.设计荷载：公路－Ⅱ级；人群荷载：3.0kN／m2；桥面宽：净7m＋2×0.5防撞栏＋2×1m人行道＋2×0.25m栏杆；桥面横坡：1.5%的人字坡.桥宽10.5m，该桥由中铁第四勘察设计院集团有限公司，中铁大桥局承建.该桥的总体布置简图如图1所示.

图1 公跨铁立交桥总体布置简图

2010年8月对该桥进行了成桥试验检测.检验该桥梁整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求，了解结构在荷载作用下的实际工作状态，科学地评价该桥梁结构的使用性能和健康状况.

2 检测内容

2.1 全桥外观检查

外观检查主要是用肉眼观察桥梁是否有裂缝、混凝土的剥落、钢筋外露与锈蚀、构件破坏、变形等.通过对空心板、桥台、支座、盖梁、桥墩、栏杆等构件外观检查没有发现明显的问题且整体性较好.桥面铺装层较平整，部分位置有裂纹，伸缩缝构造不合适，桥面伸缩缝处开裂，防撞栏杆没有按设计要求设计，没有设置上部护栏.

2.2 混凝土强度检测

混凝土强度的检测主要采用回弹法，对公跨铁立交桥空心板、桥梁墩台等部位进行了检测.采用中型回弹仪，对各测区混凝土弹击16个点，计算平均回弹值时，从16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，采用余下的10个回弹值计算算术平均值.检测出各测区的混凝土回弹值后，再将同一部位的各测区回弹值取平均值，得到各部位的回弹平均值，考虑新建桥梁，混凝土碳化深度取0mm，再按国家行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》对回弹平均值进行修正[2]，得到混凝土强度推定值 .对公跨铁立交桥空心板、桥墩台等部位分别进行了回弹试验，每个部位进行了超过10个测区检测，检测结果见表1.

表1 混凝土强度检测结果

2.3 静载试验

静载试验是使试验荷载在指定位置对桥梁进行加载，测试桥面的挠度、桥梁控制截面的应力增量.根据简支板桥的基本理论，在试验前计算出各控制截面的内力影响线，并根据影响线的具体形状和规范规定的荷载试验效率，确定各种工况下所需加载车辆的荷载大小和在桥面上具体布置.并计算各工况下该桥的内力、应力和挠度等作用效应，按照规范所规定的各项容许指标，验算试验荷载作用下结构的承载力是否达到要求，判定结构的施工质量、运营安全度[3].

根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应要求能够充分满足结构的承载能力，一般试验荷载效率系数满足：

ηq为静载试验荷载效率系数；Sstate为试验荷载作用下，检测部位荷载效应的计算值；S为设计标准荷载作用下，检测部位荷载效应的计算值；δ为设计取用的动力系数.在实际的桥梁结构检测中，我们以校验系数η来作为评价桥梁承载力的重要指标，η＝Se／Sc，Se为测点的应力（或弹性变形）的实测值，Sc为测点的应力（或弹性变形）的理论计算值[4].

2.3.1 横向分布系数计算

结合公跨铁立交桥的实际情况，横向分布系数采用铰接板法[5]，该方法假定竖向荷载作用下结合缝内只传递竖向剪力，根据求出的刚度参数，然后查表就能求得横向分布系数.

由于20m和25m跨径的空心板刚度参数相近，所以其横向分布影响线一致，如图2所示.

图2 荷载横向分布影响线

按桥规规定沿横向确定最不利荷载位置后，计算跨中荷载横向分布系数，如表2所示.根据简支板桥的基本理论，经分析得，在偏荷载作用下，二号板的受力最大，因此将该桥简化为仅有一片板的简支桥，重点对二号板进行受力分析.

表2 跨中荷载横向分布系数

2.3.2 试验内容、方法及测点布置

① 应变测试：由于公跨铁立交桥下的高铁通过比较频繁并且是完全封闭式管理，所以只在第5跨跨径为20m跨中板底缘布置应变测点如图3所示.

图3 跨中测点及车辆横向布置

② 扰度测试：对于跨径为20m的简支板水准仪测量挠度，测点沿桥梁纵向分别布置在1／4跨和跨中位置.百分表测量测点位于空心板底部，主要测量跨中位置的挠度，并且在桥台支座处安装一百分表，其目的是汽车加载后，测量桥台处支座沉降如图3所示；对于跨径为25m的根据实际的情况只能进行水准测量挠度，测点沿桥梁纵向分别布置在1／4跨和跨中位置.

2.3.3 试验荷载及荷载工况

理论上，不论是弯矩、剪力还是轴力都要在其对应的最不利位置进行加载试验.但在实际处理过程中，可以通过理论计算对这些最不利的加载情况进行合并，以提高试验的效率.根据确定的控制设计的主要指标，参照内力影响线对相应的截面进行最不利的试加载，在保证试验荷载效率达到0.8～1.05之间，确定实际试验的加载车辆，根据控制设计的主要指标并考虑采用分级加载，达到最大荷载后，然后逐级卸载，达到校核前面逐级加载的效果.

静载试验采用两种车重的汽车进行加载，一种是39.93t对其编号为1号车，另一种是34.55t对其编号为2号车，两车的前轴与中轴的距离都是4 m，车辆在桥面的布置如图3所示.本次静载试验分为2个状况，每个状况都有4个工况，一个状况是计算20m跨径的2号板最大正弯矩；另一个状况是计算25m跨径的2号板最大正弯矩.

2.3.4 试验结果及分析

根据静载试验结果分析得，实测的变形、换算应力都小于理论计算值，表明该桥结构强度满足设计要求，安全可靠.应力校验系数和变形校验系数如表3所示，各测点的校验系数都在0.6～0.85之间，说明该桥成载能力储备较好，弹性恢复能力较强.经理论分析可知，在集中力作用下，横向分布系数与板的挠度层正比，各个板的横向发布系数之比与板的扰度之比相近可知，桥梁的横向连接刚度，结构整体性能好.

2.4 结构动力分析

为了科学的评估该桥的动力可靠性能，对该桥进行了模态分析，避免引起桥跨结构共振的强迫振动振源（车辆）的频率与桥跨结构自振频率相等或相近[6]，引起过大的共振振幅，危及桥梁的使用安全.通过有限元软件[7]，简化模型研究对象为2号简支空心板，分析求出了该桥20m跨、25m跨的前三阶频率，见表3.对应的模态振型如图4、图5所示.通过对简支空心板频率分析可知，空心板基频分别3.49Hz和3.69Hz，远离了人行荷载频率和汽车主振动频率，因此该桥可不进行动载试验.

表3 空心板前三阶频率

3 结 论

（1）桥梁荷载试验是对新建桥梁竣工验收和已建桥梁运营时进行承载力评定的重要手段，也是检测桥梁整体受力性能是否满足设计和标准规范要求，评定桥梁承载能力及安全性最直接和最有效的办法.

（2）桥梁静载试验的评价指标有两个方面.其一是控制测点的实测值应小于相应的理论计算值，即校验系数小于1并在相应的范围内；其二是控制测点的实测值应满足规范规定的允许值.

[1]张俊平.桥梁检测与维修加固[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].2001.

[3]公路钢筋混凝上及预应力混凝上桥涵设计规范JTG D62[S].2004.

[4]张劲泉.公路旧桥承载能力评定方法及工程实例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2004.

[6]R.克拉夫，J.彭津.结构动力学[M].王光远译.北京：科学出版社，1983.

[7]王瑁成.有限单元法[M].北京：清华大学出版社，2003.