张志明 张年祚

【摘要】常年服役的旧桥受环境、荷载等影响，其材料特性、工作性能与承载力都会出现较大变化，无法确保承担当前交通运输任务，为此，通过静载试验与有限元计算分析桥梁的承载力与工作性能，可作为桥梁健康检测评估的重要依据。

【关键词】旧桥检测；静载试验；承载力；有限元计算

中图分类号： 文献标识码：

test and numerical analysis of PuTian old bridge

（）

Abstrack：Perennial serve useful influenced by environment， load， its material properties， working performance and bearing capacity， great changes will appear unable to ensure that bear the current transportation task， therefore， through the static load test and finite element analysis of the bridge bearing capacity and working performance， can be used as important to the evaluation of the bridge health monitoring.

Key Words：Old bridge detection； Static load test； The bearing capacity； The finite element calculation

0 引言

隨交通流量、车辆吨位与轴载的增加，以及桥梁自身服役时间的增长，使得危桥数量呈快速增长趋势。20世纪修建的桥梁服役已有十几年甚至数十年，桥梁结构难免出现老化、破损、裂缝等情况，直接影响到桥梁的承载能力和使用寿命，甚至成为交通安全的隐患。因此，旧桥检测试验对其承载力和使用性能评价显得尤为重要。旧有桥梁健康检测技术随桥梁技术的进步发展也日益完善，目前可以实现对桥梁结构的无损检测，对桥梁损伤位置以及程度进行诊断，从而对桥梁服役情况承载力进行评估。

本文针对郑州市管城区内某旧桥，设计采用静载试验进行旧桥承载力检测，并建立有限元计算模型，计算分析桥梁受力变形情况。结合试验与计算对该桥进行使用性能评估。

1桥梁检测基本理论与方法

（1）混凝土强度检测

桥梁建筑材料主要是混凝土，受环境影响、荷载作用，混凝土构件的材料性能和工作状况会发生较大变化。当前对混凝土的检测方法主要由：混凝土强度等级确定可采用钻芯取样、超声回弹综合法以及回弹法。钻芯取样是指从结构中钻取混凝土芯样，根据芯样抗压强度测定其强度。受桥梁结构工作的影响，取样数量一般较少，可作为混凝土抗压强度抽检指标。超声回弹综合法即是指利用超声波传播速度来检测混凝土内部特性及强度等级。回弹法是指采用回弹仪弹簧驱动重锤弹击混凝土表面，以重锤被反弹回来的距离作为强度指标来推算混凝土强度。回弹法简单实法，工程实践中应用最为广泛。

（2）桥梁荷载试验

桥梁荷载试验是指按一定的组合方式对桥梁直接进行汽车加载，测试其结构性能，通过该试验可了解桥梁的工作状态和承载力。汽车荷载组合方式通常按规范要求和设计标准，进行纵、横向加载。纵向加载时，应使所考虑的危险截面处最不利位置；横向加载按两车布置，若根据桥宽需进行三、四车队布置，需进行折减。

2 圃田旧桥概况

圃田旧桥跨越潮河，地处郑州市管城区，该桥经过一次改造，老桥由1966年上行桥和1989年下行桥组成，桩柱式墩台结构，上部结构为7m矩形板桥，桥面宽8m。改造后的新桥将66年老桥作为混行车道，改建后设计荷载汽车-13、挂车-60；89年桥拓宽24m护栏快车道，改建后设计荷载汽车-20、挂车-100。

试验检测前对桥梁进行外观检查，可以发现圃田桥板梁纵向接头处有3～6mm横向裂缝，桥中心空心板缝处有不连续纵向裂缝，空心板存在少量露筋混凝土剥落现象。桩柱未出现明显的沉降；盖梁裂缝较普遍，每一盖梁均存在不同程度裂缝，宽度0.2-0.4mm。这些裂缝多在盖梁上下缘，并向中间延伸，分析原因是由弯距引起。墩柱裂缝多为横缝，缝宽0.1-0.3mm，均发生横荷载作用下刚架结构受拉一侧。如图1所示。

图 1桥梁破损开裂

3 旧桥静载试验

（1）元件布置

板梁应变片均布置在板梁的底面（1-7），顶面布置7、8号两个，试验车载主要集中在左幅车道，因此元件对应布置于左幅。采用位移计测量板梁刚度。位移计1-7测量车载作用下横向位移，8、9测量板梁纵向位移。

图 2 测试元件布置示意图

（2）车载布置

试验采用两辆20吨东风自卸车。车载分为三级，分别载重33%、67%，100%。布载分为中载和偏载，每种加载分跨中L/2截面、L/4截面布载，如图3-4所示。

图 3中载L/2与L/4车位

图 4偏载L/2与L/4车位

表 1 中载L/2车位荷载作用下位移与应变

荷载 加载过程

分级加载 空车（18t） 30%（30.5t） 60%（44t） 100%（58t）

测试内容 位移/mm 应变/με 位移/mm 应变/με 位移/mm 应变/με 位移/mm 应变/με

1 0.23 3 0.41 0.82 1.15

2 0.31 5 0.60 1.05 1.88

3 0.44 8 0.83 1.35 2.12

4 0.65 11 1.09 1.97 3.65

5 0.79 13 1.32 1.65 3.07

6 0.71 11 1.22 1.32 2.74

图 5 实测梁板挠度

实测各工况下最大位移5.24mm，位于中载L/2工况100%满载测点3。最大值<12mm，桥梁刚度满足《規范》要求。

4 数值计算分析

为弥补测试试验对桥梁结构测试位置以及加载的局限性，在此，根据桥梁实际构造建立模型，结构主要数据取至于实际测量，有限元分析模型如图5、6所示。网格结点19658个，单元10762个。墩柱置于完全刚性持力层上，车载按集中力施加于各梁板中部，车载大小按表1所示分级加载。

图 6 桥梁有限元模型

图 7 有限元模型应力分布云图

计算可知，最大应力出现在跨中部下缘，梁板应力分布与汽车荷载横向排列位置相关性较高。中载梁正弯距最大在边跨跨中的下缘，负弯距最大值在中墩上缘。

图 8 中部梁板挠度曲线

图 9 中部梁板应变分布变化曲线

沿梁板横向挠度分布与应变分布如图8、9所示，计算得到的挠度与应变分布沿梁板中部对称分布，因此取其一半数据分析得到，最大挠度2.65mm，应变为32με，该数值与测试结果量值相似。

5 结语

本文针对郑州圃田旧桥潜在安全隐患问题，进行外观检查、检测试验与计算分析，得到：

（1）圃田66年、89年老桥各部分构件仍具有一定的承载能力，载荷位移曲线弹性关系明显。66年桥由于使用时间较长，破损较多，其中梁板和墩柱的裂缝是将对交通运输造成隐患。

（2）现场静载试验得到桥梁板位移与应变，同时计算得到桥梁板应力挠度分布曲线，可知，该桥梁刚度满足桥规要求，不需进行大修。

【参考文献】

[1] 袁万诚，崔飞，张启伟.桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J].同济大学学报，1999.27（4）

[2] 李颖，刘小明，潘冬子.混凝土梁无损检测新技术及其进展[J].公路交通科技，2004年7月第7期

[3] 高怀志，王君杰，桥梁检测和状态评估研究与应用[J]，世界地震工程，第16卷第2期，2002

[4] 李丽春，谢红战，从京银路旧桥检测看桥梁的使用现状[J]，北京公路，第3期，2002

[5] 吴庆雄，具有大边梁的直梁桥荷载横向分布的简化计算，福州大学学报1997年02期