关于公路桥梁荷载试验要点评述与发展的讨论

关于公路桥梁荷载试验要点评述与发展的讨论

孙丰春

广东交通集团检测中心510550

摘要：桥梁荷载试验是桥梁承载力评价中最有效、最直接和最有说服力的方法。针对桥梁荷载试验的重要性和复杂性，分析桥梁荷载试验的要点，提出今后有待进一步研究的方向，对于桥梁荷载试验的发展与完善具有推动作用。

关键词：荷载试验；评述；展望；桥梁工程

前言：我国是一个桥梁大国，在运行过程中，新建和已建的众多桥梁，随着时间的推移，因受到地震、台风、雨雪、冰冻等自然因素的影响以及冲击荷载等人为因素的作用，桥梁结构会受到不同程度的损伤，给交通运输造成很多事故隐患。为检验桥梁的承载能力，了解桥梁的工作性能，为桥梁的正常运营、加固改造和养护管理等提供依据，有必要对这些桥梁进行鉴定。

1.理论计算

对试验桥梁在设计荷载和拟加荷载作用下的理论分析计算，是桥梁荷载试验工作中不可或缺的部分，用静载试验进行桥梁承载能力评定，主要是看校验系数，校验系数是桥梁静载试验评定的重要参数，即实测值与理论值的比值是否符合规范的要求。另外，桥梁的自振特性也是重要的参考依据，如理论计算频率小于实测频率，则说明试验桥梁的实际刚度较大，振动响应较小，行车性能较好，反之亦然。所以理论值的计算能否真实地反映结构受力行为就显得尤为重要。理论计算结果的准确性将直接影响最终的评定结论。

1.1计算方法：近年来，随着计算机技术的发展，各种空间或平面的有限元分析软件层出不穷。桥梁结构理论计算通常采用各种应用软件来实现，对不同类型的桥梁应选择适合的计算软件。

Midas/Civil、SAP2000、桥梁博士等有限元软件，专业性强，对于杆系模型的计算分析有较强的优势，适于宏观计算把握。而ANSYS、ALGOR等有限元软件，综合性强，对于板壳和实体模型的计算分析有较强的优势，适于结构的精细计算分析。不同的软件都存在自身的优缺点，例如ANSYS无法自动实现动态规划加载、Midas/Civil、SAP2000、桥梁博士对一些异型复杂桥梁的计算比较困难等。

1.2桥面铺装、防撞护栏：在桥梁设计中，只将桥面铺装、防撞护栏等作为主梁的外部荷载（二期恒载）进行主梁的内力计算，而不考虑它们参与主梁抗力和提高结构整体刚度的作用。事实上，如果桥面铺装采用水泥混凝土，且与桥面板有很好的粘结，则铺装层的混凝土实际上是参与主梁受力的。另外，许多试验证明钢筋混凝土防撞护栏能显著提高边梁的承载能力。在作桥梁荷载试验理论计算，特别是动力特性分析时，一般会考虑桥面铺装及防撞护栏对结构质量的贡献，而其对结构整体刚度的影响，由于缺乏可靠的理论依据，通常会忽略不计或是凭经验取定，这将直接影响计算结果。

1.3剪力滞效应：近年来，随着国内外专家学者对剪力滞研究的不断深入，剪力滞理论已日趋成熟和完善。研究表明，剪力滞效应除对箱梁结构的静力特性有影响外，对动力特性亦有一定的影响，例如在剪力滞效应的影响下。两跨、三跨连续箱梁结构的动力刚度有较大降低，固有频率计算值减小，这点需要引起足够的重视。

1.4其他：桥梁计算时通常还会遇到这样一些问题，例如桥梁计算跨径取值、支点处负弯矩值折减、梁格法中虚拟横梁刚度取值、材料强度、支座摩阻对结构受力的影响等。如果这些问题不能得到较好的解决，也将对计算结果产生较大的影响。

2.现场试验误差控制

2.1量测技术：量测技术、仪器设备、测试元件是桥梁结构试验的重要技术保障，量测技术的科学性、准确性直接关系到桥梁结构试验能否达到预期目的。量测仪器的某些性能之间经常是互相矛盾的，如精度高的仪器，其量程较小；灵敏度高的，其适应性较差。因此在选用仪器时，应避繁就简，根据试验的要求来选用合适的仪器，灵活运用。例如对一些试验反应很小的桥梁，必须选择灵敏度较高的仪器进行量测。

2.2外界干扰：为减少温度变化对测试结果的影响，加载时间宜选在温度较为稳定的晚22：00到次日凌晨6：O0之间进行，尤其是对于加载工况较多、加载时间较长的试验。为保证结构安全并最大限度地减少外来荷载及其他因素对荷载试验的影响，试验桥梁在荷载试验时应临时全封闭交通。

3.关于结果分析

3.1数据处理：科学合理地处理数据，有助于准确、客观地评价桥梁真实状况和实际承载能力。对实测数据中个别的可疑数据应仔细查找原因，科学地决定取舍。有时还需根据具体情况对试验数据进行修正，例如支点沉降的影响、仪器系统误差等。

3.2评价分析：评价分析是荷载试验的最后一环，必须做到客观、科学、认真谨慎。但目前对桥梁状态的评价缺乏统一的、有效的、量化的综合性指标，静载试验所得的校验系数和残余变形（或残余应变）是评定桥梁结构工作状况的两个重要指标，但不能仅靠这两个指标来下结论，还要结合动测数据、裂缝宽度、桥墩沉降等多项指标进行综合评定。

4.关于研究展望

4.1计算理论和方法的研究：目前桥梁计算理论较以往已有了很大的完善，但仍存在一些有待完善和优化的部分，例如特大桥梁和异形桥梁的受力性能研究及实用计算、非线性问题、非结构部件参与受力的问题等。另外，为优化荷载试验方法、提高荷载试验效率，可以开发桥梁荷载试验的相关专业软件或在已有的计算软件中增加相应的模块，从而实现自动优化加载和试验后的数据处理及评价。

4.2改善量测技术：目前的量测技术在精确度和适应性方面都存在很大的改进空间，为获得精确的试验数据，有必要开展一些新型、快速、适应性强、精确度高的桥梁量测技术和相应的量测仪器的研究。

4.3优化试验：目前静载试验工作面大，加载时间长，并且需要中断交通。如何优化加载程序，快速、准确地进行试验，将会是今后的研究方向之一。在优化静力检测技术方法的同时，还要开展动载试验的研究，对其传统的理论和功能进行扩展，使获得的动测参数更有效地用于桥梁评估。

4.4荷载试验的规范化、标准化：研究目前的规范，还存在许多值得商榷的地方，如试验项目的确定、校验系数的限值范围、多因素综合评价等。近年来，随着桥梁设计理论和建桥技术的不断发展，各种新型桥梁不断涌现，目前的相关规范已明显滞后。随着桥梁荷载试验的发展与应用，研究出版一部适用于各种桥梁结构、既全面又简单、精确的荷载试验标准，对于使桥梁荷载试验更加规范化、标准化，从而更好地为我国桥梁事业作出更大贡献具有重要的现实意义。

结束语：桥梁荷栽试验是桥梁承载承栽力评价中最有效、最直接和最有说服力的方法。随着桥梁荷载试验的发展与应用，研究出版一部适用于各种桥梁结构的、既全面又简单、精确的荷载试验标准，更好地为我国桥梁事业作出更大贡献具有重大的现实意义。

参考文献：

[1]交通部规划研究院.公路旧桥承载能力鉴定方法{J}.北京人民交通出版社，1998.

[2]谌润水.胡钊芳.公路桥梁荷载试验{J}.北京人民交通出版社，2003.

[3]张俊平.桥梁检测{J}.北京人民交通出版社，2002.

[4]章日凯.王常青.桥梁荷载试验{J}.交通标准化，2005.