摘 要

论文首先阐述了桥梁检测的重要意义和荷载试验的重要性；以国道107花园南大桥为依托工程，利用大型有限元软件 MIDAS/CIVIL 中的梁单元建立三维有限元模型，计算出在设计荷载作用下各控制截面的应力和挠度，绘制出相应的影响线，在保证荷载试验效果的前提下，确定静载试验的控制荷载和加载工况；通过各试验荷载工况下结构各控制截面的实测应力和挠度同理论计算值进行比较，计算出结构的校验系数。根据校验系数，评定该桥的实际承载能力。

关键词: 荷载试验、混凝土T梁、桥梁检测、承载能力

Abstract

The thesis elaborated the significance of the bridge detection as well as the importance of load test first; Based on the support project of National Road 107 Garden South Bridge , the paper reviewed the development process of long-span continuous rigid-frame bridge , and discussed the purpose of load test, the theoretical analysis methods, the experimental key points and the status assessment principle of prestress concrete continuous rigid-frame bridge. Using the beam element of large-scale finite element software MIDAS/CIVIL established a 3-D finite element model to calculate the stress and deflection of each control section under the design load, and drew up the corresponding influence line. In the premise of ensuring the load test efficiency, we determine the control load and load conditions of static loading test. The verification coefficient of the structure can be calculated according to the results of comparison between the actual values of stress and deflection result from load conditions and the theoretical values of the controlling sections. Then the actual carrying capacity of National Road 107 Garden South Bridge can be evaluated based on the verification coefficient.

Key Words：load test；concrete T beam；bridge inspection；bearing capacity

目 录

第1章 绪 论 5

1.1桥梁检测的意义 5

1.2桥梁荷载试验的重要性 6

第2章 工程概况 7

2.1桥梁概况 7

2.2桥梁构件编号方法 8

第3章 荷载试验目的与依据 10

3.1荷载试验目的 10

3.2荷载试验依据 10

第4章 荷载试验内容 12

第5章 静载试验 13

5.1结构计算 13

5.2试验桥跨与测试截面 13

5.3静载试验加载效率及加载方式 14

5.4静载试验准备工作 14

5.5加载车辆 15

5.6试验工况 16

5.6.1工况设置及试验内容 16

5.6.2测点布置 16

5.6.3各工况测试内容 17

5.7加载布置 18

5.8静载试验观测内容 20

5.9加载终（中）止条件 20

5.10加载过程安全控制 21

5.11静载试验结果 21

5.11.1工况一 21

5.11.2工况二 26

5.12静载试验结果评定 31

5.12.1 校验系数评定 31

5.12.2 残余变形评定 32

第6章 结论 34

参考文献: 35

第1章 绪 论

1.1桥梁检测的意义

随着国民经济的飞速发展，我国公路建设取得了令人瞩目的巨大成就，很 多省市以高等级公路为主骨架四通八达的公路网已形成。桥梁是公路的重要组 成部分，目前，我国每年建设大量的公路桥梁，检测和评价新建和在役桥梁有 非常重要的意义。具体有以下几点：

1）评定现有桥梁的实际承载能力，为桥梁的使用及维修加固提供必要的资料。

（1） 桥梁由于营运时间长，主要部位出现各种缺陷，如裂缝、错位等，检测可确定各部损坏程度及实际承载能力；

（2）对原有桥梁（标准较低）承载能力的检验，可确定现有桥梁的荷载， 从而决定是否通过加固来提高其荷载等级；

（3）桥梁遭受特大灾害，造成严重缺陷时，需通过检查评价为进行桥梁复 加固提供可靠依据。

2）建立和积累必要的技术资料，建立桥梁数据库。

（1） 系统地收集桥梁技术数据，建立桥梁数据库是桥梁计算机管理系统的 基础工作，旨在更好地养护管理好桥梁，并能指导今后的桥梁养护、加固与工 作。

（2） 现有桥梁资料不全或缺乏资料，需通过检查，重新建立和积累技术

3）检验桥梁结构的质量，确定工程的可靠度，推动和发展旧桥评定及新的 设计计算理论。

（1） 对采用新型结构的桥梁，通过检查评价，可验证理论的实践性和可进 一步发现问题，总结经验，以便对结构设计理论及结构形式加以改进，更完善；

（2） 对于一些重要的大桥或特大桥，在建成之后，通过检查与评价，可其 设计与施工质量，确定工程的可靠度；

（3） 了解桥梁实际受力状态，判断结构的安全承载能力和使用条件；

（4） 对经过维修加固的桥梁进行检查，可检验维修加固的质量，并验证方 法的合理性与可靠性。

1.2桥梁荷载试验的重要性

桥梁的荷载试验分为静载试验和动载试验，其试验的目的是对新建桥梁竣 工验收和己建桥梁运行时进行承载力的评定，检测桥梁整体受力性能是否满足设计和标准规范的要求，是评价桥梁质量的最直接和有效的方法和手段。通过对桥梁结构典型部位在动静载作用下的应力、变形及裂纹状态的观测、 记录和理论对比分析，达到如下的目的：

（1）明确桥梁现有结构工作情况, 明确桥梁具体工作是否满足设计要求或是否处在正常状态；

（2）对桥梁结构以及施工质量进行检验, 可以对桥梁承载能力以及工作情况实施综合性评价；

（3）可以提供桥梁的维护依据, 确保桥梁能够正确使用、维修以及养护。

一般来说，有以下情况需进行荷载试验：一是新建的大跨度各类桥梁，尤 其当采用了新结构、新材料和新工艺的桥跨结构更需进行荷载试验；二是 需通行特种车辆的新旧桥梁，为保证该桥使用安全，需按实际轮位和轴重进行模拟 荷载试验或等效荷载试验；三是修复的、改建的或加固的旧桥，为验证工程效 果，需进行验收或鉴定性荷载试验；四是年久维修，且缺乏设计和施工技术数据的旧桥，为判断是否能承受预计的荷载，也需进行荷载试验。

第2章 工程概况

2.1桥梁概况

花园南大桥位于G107孝感市孝昌县境内，桥梁中心桩号：K1141 541.0；桥跨布置为4×20.0 6×20.0 4×20.0m，共14跨简支梁，全长286.0m；其桥面宽12.4m（1.7m [人行道及栏杆] 9.0m[行车道] 1.7m[人行道及栏杆]）。大桥原桥设计荷载等级为汽车-20级，挂车-100，人群荷载为2.5kN/㎡。桥梁上部结构为装配式钢筋混凝土简支T梁，下部结构均为桩柱式桥墩，桩接混凝土盖梁。

花园南大桥桥型布置立面图和横断面剖面图分别如图2.1和图2.2所示。

图2.1 大桥桥型布置立面图（单位：cm）

图2.2 大桥横断面剖面图（单位：cm）

鉴于该桥当时技术状态，有关桥梁检测单位现场检测发现下列病害，据此该桥被评定为四类。

①桥梁上部结构：T梁支座附近腹板有斜裂缝，跨中腹板有横向裂缝，部分T梁腹板混凝土剥落，部分钢筋外露、锈蚀；部分T梁翼缘板局部破损；T梁横隔板接缝错位、破损较为严重，横隔板连接钢板外露、锈蚀。

②桥梁下部结构：支座老化、开裂现象较严重，支座功能失效；桥墩盖梁局部混凝土破损、钢筋外露、锈蚀；个别桥墩桩基外露，桩基局部保护层缺损，钢筋外露。

③桥面系：桥面铺装局部开裂、破损、坑槽；伸缩缝破损、堵塞严重，伸缩功能失效；人行道及栏杆局部破损；桥头路面破损严重。

为保证桥梁结构安全运营，根据实验报告对该桥上构进行了加固设计，并实施了混凝土T梁腹板底部粘钢加固维护处理。桥梁拟达到的主要技术标准为：

①道路等级：二级公路；

②设计荷载：汽车-20级，挂车-100：人群荷载为2.5kN/m²；

③设计速度：80km/h；

④车 道 数：双向两车道。

2.2桥梁构件编号方法

大桥上构为14跨简支梁结构，横向由7片钢筋混凝土T型梁构成。为了便于描述，大桥由广水至孝感方向，以此来确定左/右车道。桥梁构件统计及编号见表2.1（如图2.3所示）。

图2.3 大桥构件编号

第3章 荷载试验目的与依据

3.1荷载试验目的

对加固后的桥梁结构进行检测及荷载试验，其结果是对桥梁承载能力、技术状况与工程施工质量综合评价的重要依据。本次荷载试验目的为：

（1）通过大桥结构外观初步检测及桥梁动静载试验，了解桥梁结构的技术状态和实际工作状态，评估桥梁结构的实际承载力；

（2）通过荷载试验，寻求桥梁整体结构的变形规律，了解结构的实际受力状况和工作状况，为今后桥梁运营、养护及管理提供科学依据；

（3）建立该类桥梁有关的技术档案，为今后兴建同类桥梁完善设计、优化结构、改进工艺积累实测资料。

3.2荷载试验依据

本次桥梁荷载试验检测评估的方法、流程和检测成果，严格按招标文件和合同规定的要求进行，同时必须满足国家、地方及交通部现行的强制性技术标准、规范和规程的相关要求。主要依据以下相关技术规范和标准等。

• 《城市桥梁设计规范》(CJJ 11-2011)；
• 《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01-2015)；
• 《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)；
• 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)；
• 《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)；
• 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362-2018)；
• 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)；
• 《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01—2004）；
• 《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476-2008；
• 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/TF 50-2011）；
• 《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)；
• 《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011)；
• 《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ2-2008)；
• 《国家一、二等水准测量规范》(GB/T 12897-2006)；
• 《孝感市孝昌县G107花园南大桥加固改造工程》，孝感市公路工程设计院。

第4章 荷载试验内容

桥梁静载试验是测量桥梁在各种静力荷载工况下的各个控制截面的应力应变及结构的变形, 从而确定结构的实际工作性能与设计期望值是否相符,它是检验结构强度、刚度以及其他性能最直接、最有效的方法,且直观可信,得到技术人员的普遍认可。

静力荷载试验内容：检验桥梁最不利正弯矩效应（对称、偏心加载）。

在试验跨T梁跨中控制截面设置挠度观测点，利用精密水准仪测量荷载作用下T梁的挠度；在T梁跨中控制截面安装应变传感器，利用静态应变仪测试荷载作用下T梁的结构应变。

第5章 静载试验

5.1结构计算

根据提供的图纸，采用结构有限元程序 Midas Civil 2015建立桥梁空间结构模型进行计算分析。依据程序输出的内力包络图选取试验跨的控制截面，分别求出计算荷载对结构各控制截面产生的最不利内力，并按此内力值进行结构等效加载。根据桥梁计算结果，结合现行规范，综合确定桥梁应力（应变）、变位控制参数，用以确定桥梁加载效率和加载分级控制。桥梁结构计算模型如图5.1所示。

图5.1 大桥结构有限元分析模型

控制荷载作用下简支梁结构内力包络图如图5.2所示。

图5.2 控制荷载作用下简支梁内力包络图

5.2试验桥跨与测试截面

根据相关规范要求与现场桥梁外观检测结果，选取大桥第七跨简支梁为静载试验对象,跨中截面A-A为测试断面。试验跨及测试断面示意图如图5.3和图5.4所示。

图5.3 荷载试验试验跨示意图

图5.4 荷载试验测试断面示意图

5.3静载试验加载效率及加载方式

根据控制截面的内力影响线，采用试验加载车辆进行等效加载，使控制截面的内力与标准活载作用下的设计弯矩之比达到试验荷载效率的要求。

按工程检验的要求确定最大试验荷载量。静力试验荷载效率为

（1）

式中：S_s－静力试验荷载作用下，某一加载试验项目对应的加载控制截面内力或变位的最大计算效应值；

Sg－控制荷载产生的同一加载控制截面内力或变位的最不利效应计算值；

μ－按规范取用的冲击系数值；

q—静载试验荷载效率，应介于0.95～1.05之间。

5.4静载试验准备工作

桥梁荷载试验是一项复杂而细致的工作，任何一项细部工作的失误都可能影响到测试结果。因此，静载试验的准备工作非常重要。

根据本项目特点和检测的一般程序，本项目静载试验需要进行如下准备工作。

1）现场桥梁结构尺寸测量；

2）结构物的勘查；

3）加载装置的准备：试验荷重称量和加载位置的放样等；

4）量测系统的准备：标定传感器、安全措施、电源、封闭交通时间和试验人员的分工等。

5.5加载车辆

在桥梁结构计算的基础上，实际加载车辆按最不利荷载位置布载，以获得较大加载效率。选用3辆约360kN的车辆进行静载试验，现场加载时通过调整各车距，以使在主要截面产生的效应达到最大。其车辆轴重见表5.1，相应的几何尺寸如图5.5所示。

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