义启贵

(广西壮族自治区桂东公路发展中心，广西 梧州 543000)

0 引 言

21世纪以来，我国交通运输行业飞速发展，桥梁工程逐渐深入到建设条件差的高原或山区中，不仅要跨越江河，也要横跨山谷；因此大跨度桥梁的建设越来越常见，而独塔斜拉桥的建设，是能够弥补连续箱梁跨中下挠组合结构的不足之处，独塔斜拉桥关键在于独塔的设计参数和标准来扣住拉索，从而可以实现更大的跨越效果。目前，国内外学者对大跨度斜拉桥的研究比较多，主要研究调整索力和主塔的承载力或截面形式，关于承载能力评定方法的研究较少[1-3]。尹波[4]就斜拉桥的荷载试验进行了研究，以成桥后的工作状态与设计时的线型进行对比，判断该桥是否符合设计要求，通过静载试验、脉动试验及跑车试验得出该桥满足静动力承载要求；陈思远[5]对单塔单索面钢-混凝土混合梁斜拉桥进行静力荷载试验及动力荷载试验，通过分析两种试验结果与结构实测结果，得出该桥满足承载能力要求；赖锦兴对双塔单索面预应力混凝土斜拉桥进行了静动载试验研究，验证了该桥满足承载要求；江晓鸣[6]认为桥梁的静力试验和动力试验能够充分真实地反应桥梁正常使用和正常运营的工作状态，通过对某新建的独塔混合梁斜拉桥做静力试验和动力试验，可以推出此方法确实可以评定桥梁的工作状况和承载能力。相对残余应变作为结构考虑承载能力和变形要求的重要参数，针对两种不同工况下的相对残余应变对比，进一步验证该桥满足承载力和变形要求。

1 工程概况与有限元建模

以湘西州保靖县酉水三桥为研究背景，该桥主跨101 m，边跨196 m，次边跨62 m，桥梁总长为376 m，边跨设有辅助墩，桥面宽31.5 m，主塔与扣锁固结在一起，有限元模型如图1所示。

图1 全桥有限元模型图

2 静力荷载试验

2.1 试验内容

现场试验人员通过肉眼观察桥梁结构表面是否产生裂缝，是否有较为明显的损坏痕迹，静载试验的主要内容是通过测量仪器和回弹仪等一些规范工具对梁体的一些试验参数进行测试。

2.2 测点布置

测点的选取应通过计算和规范给出，得出桥梁结构的最不利位置或应力内力相对较大的地方以及较薄弱的截面和内力形式较为复杂的截面。选取结构应力水平较高和较不利截面，以此来判断该结构是否能够抵挡住特殊情况下的受力，通过选择常规截面验证桥梁在一般使用条件下是否满足使用要求。通过对桥梁结构进行加载后，测出计算书上已测得的数据，再和理论计算出的数据进行比对。全桥选取测试部分的编号见表1。

2.3 试验加载

通过荷载计算出的三轴载重车的加载方式进行加载。试验加载使用的汽车给到桥梁的荷载模拟设计标准荷载，在合理范围内对桥梁结构进行加载，所加荷载不至于让结构产生破坏。试验前会对加载车进行配重并对其进行编号，满足要求即可到荷载试验的现场指定加载车辆的施荷位置。

表1 测试断面布设图

2.4 试验荷载工况

根据理论计算，选取两种主要影响桥梁结构承载力的两种工况来进行荷载试验，第一种工况为对称布置荷载，根据跨中计算的最大正弯矩和竖向挠度进行；第二种工况为偏载分布，根据中跨计算的最大正弯矩进行；第三种工况为根据主梁最大负弯矩对称分布荷载；并且每种荷载工况应满足荷载效率系数的规定，在0.85～1.05之间。

3 结果的测试及分析

3.1 肉眼观测裂缝

对需要进行荷载试验的桥梁找到对应的标准，并采用肉眼观察法进行外观质量检测，在此次荷载试验中外观检测结果合格。

3.2 应变计测试应变结果及分析

在做荷载试验之前，应在各个测试截面或测点提前贴好应变片，在荷载试验过程中应确保应变片贴的牢固，不能在试验过程中导致应变片掉落，而使应变测试结果不准确。在确保上述环节顺利完成后，通过加载车辆驶入桥梁对结构进行加载以后观察应变计的读数，可知应变测试结果如表2、图2、表3、图3、表4和图4所示。

表2 各测点在第一种工况加载作用下的应变

表3 各测点在第二种工况加载作用下的应变

表4 各测点在第三种工况加载作用下的应变

图2 工况1应变测点分析结果对比图

图3 工况2应变测点分析结果对比图

图4 工况3应变测点分析结果对比图

根据上述图表可知： 结构在荷载试验计算书中，所计算的三轴加载车完全加载后，结构会产生内部变形，内部之间会有对应的应力产生，最大的应变值为236 με，最小的应变值为-411 με，而实际测得的应变值小于有限元模型荷载试验计算书上的应变值，所测测点中应变校核系数上下浮动较大，最小为0.60，最大为0.83，均满足不大于1的要求；在完全将加载车卸下之后，结构产生了残余应变，材料内部相对原始残余应变最大为7.14%，满足不大于20%的要求，说明该梁在整个加载过程并且卸载之后一直满足设计对其所需的要求。

3.3 测得挠度结果并分析

在测得现场所布测点的挠度值后，要对所测挠度值进行修正，才能得出最后的现场挠度实际测得值，再求出各测点在荷载试验下的挠度值，测试结果如表5、表6、表7和图5、图6、图7所示。

表5 各测点在第一种工况加载作用下的位移

表6 各测点在第二种工况加载作用下的位移

表7 各测点在第三种工况加载作用下的位移

图5 工况1测点结果对比图

图6 工况2测点结果对比图

图7 工况3测点结果对比图

由图表可知:挠度理论计算最大值为129.8 mm，最小值为80.8 mm，最大值和最小值同时发生在工况二荷载作用下的情况，在理论计算中，工况二荷载作用下会导致该结构的内部变形较为明显，通过实际挠度测得值可知，挠度实测最大值92.1 mm，挠度实测最小值66.7 mm，可以印证理论计算中判断的该结构内部会存在一定明显的变形；将荷载试验指定车辆加载到桥梁结构上时，实际测得的挠度值小于有限元软件计算荷载试验书上的挠度值，说明该结构在载荷作用下结构处于安全工作状态，在日后的正常运营条件下，也能满足正常设计要求和使用年限；所测测点中挠度校核系数分布较为集中，在0.70左右波动，最小为0.69，最大达0.80，这两种荷载工况作用下挠度校核系数最大值为0.80，均满足不大于1的要求；在完全卸下加载车辆以后，桥梁结构会有些许残留应变，结构在巨大荷载的强烈加持下，会有适当的位移和变形无法恢复原始的位置，在一定的合理允许范围内，可以存在一定的最大残余值，其材料内部相对原始最大残余挠度为2.71%，满足不大于20%的要求，说明梁板在荷载试验的全过程满足合理使用要求。

3.4 应变和挠度相对残余应变对比分析

在荷载试验中，对结构进行加载会产生变形，结构内部会产生作用力与反作用力，会有一定的挠度，相对应的会产生应变。当结构上的载荷卸去以后，结构会随着载荷的移置，变形也会慢慢恢复，若结构能完全恢复加载之前的状态，结构便是弹性工作状态，说明计算所得的加载方式是符合结构设计允许承受范围之内的，若结构不能完全恢复加载之前的状态，结构处于弹塑性状态，会有一定的残余应变，其对应会有相对残余应变的产生，相对残余应变的大小也是结构所需考虑的一个重要指标。结合应变和挠度的理论值与测试值，取两种主要荷载工况，考虑不同工况组合作用下，对比挠度和应变的相对残余应变值如图8、图9所示。

图8 不同工况下应变相对残余应变对比图

图9 不同工况下挠度相对残余应变对比图

结合不同工况下应变和挠度相对残余应变对比图，可知：应变和挠度的相对残余应变在两种工况下相差不大，两种工况下挠度相对残余应变最小为1.76%，和最大相对残余应变相差0.95%，挠度相对残余应变变化幅度较小，可知不同测点所处位置的变形存在一定连续性，该结构内部是一个有机整体；两种工况下应变相对残余应变最小为0，最大为7.14%，相对残余应变变化较为明显，说明该桥内部受力可能存在不均匀的地方，但两者差值满足设计要求；由图表可知，最大相对残余应变为7.14%和2.71%，可知这两者的最大相对残余应变均满足规范和设计要求，因此该桥在理论计算的加载中和卸载后均能满足该桥的正常使用要求，结构主要构件和受力部位处于弹性工作状态，是一种积极的受力状态。

4 结 论

以理论实际相结合为出发点，建立有限元模型，通过模拟两种工况来对该桥进行静载试验，通过肉眼观测法桥梁结构是否产生裂缝，通过有限元软件计算出结构的最不利荷载，根据计算结果算出加载车辆的类型和数量，对结构施以给定的荷载得出结构的应力及挠度，去工程现场用全站仪和回弹仪等一些仪器测量理论计算的参数，通过在规范内允许的范围比对两者数据，并对比不同工况下应变和挠度的相对残余应变，可知该结构的内部变形存在一定连续性，并且结构内部受力存在不均匀的地方，但整体而言满足结构受力要求，该桥主要构件和受力部位处于弹性工作状态，得出该桥的承载能力及稳定性能均满足设计要求。在以后同类型的荷载试验中，可适当考虑相对残余应变对结构的评判要求，在该桥日后的运营中应多注意桥梁内部的受力状况并定期定量进行检测和养护。