桥梁荷载试验概要

桥梁荷载试验概要

1 概述

桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物进行直接加载测试的一项科学试验工作，其目的是通过了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态，从而判断桥梁结构的安全承载能力及评价桥梁的营运质量。通过荷载试验可以达到以下目的：

（1）检验桥梁的施工质量是否符合设计与使用要求;

（2）对于一些在理论上难以计算的部位，通过荷载试验可了解其受力状态;

（3）有助于发现在一般性检查中难以发现的隐蔽病害;

（4）可以确定旧桥结构实际的承载能力，为制定桥梁加固或改建技术方案提供依据。

（5）通过对新建桥梁结构的竣工荷载试验以及针对性很强的研究性试验，则可为发展桥梁设计理论和提高施工工艺水平提供科学依据并积累技术数据。

2 荷载试验的主要任务

桥梁荷载试验的任务是根据试验目的和要求来确定的。一般地说，桥梁荷载试验的主要任务是：

2.1 检验桥梁结构的内在质量

对新型桥梁或加固、改建桥梁进行竣工验收鉴定，以对桥梁结构整体受力性能是否达到设计文件和规范标准的要求作出评价，检验预期的设计效果。

2.2 确定桥梁结构的承载能力及营运条件

(1)对于重要的桥梁结构，除在设计阶段即进行必要项目的试验研究外，通常在桥梁建成竣工后，通过荷载试验来鉴定桥梁结构的施工质量，分析判断桥梁的实际承载能力；

（2)对于需改建或加固的桥梁，通过荷载试验可进一步提供桥梁改造技术依据，尤其对于缺少技术资料的旧桥更为重要；

(3)对于新桥梁及运用新材料、新工艺等的复杂桥梁结构，通过系统的荷载试验，可以了解和掌握结构在荷载作用下的实际受力状态，验证结构计算图式，并探索具有普遍意义的规律，为充实和发展桥梁结构的计算理论和施工工艺积累科学资料。

2.3 分析桥梁病害原因及其变化规律

对于遭受到洪水、冰冻、地震、撞击、河床挖坑或冲刷而损伤的桥梁结构，或在桥梁建造或使用期间发现有严重缺陷，如过大的变形或裂缝等，常通过桥梁荷载试验进行综合分析研究，提出合理的整治方案和养护措施。

3 荷载试验的对象与依据

3.1荷载试验的对象

（1）新建的大跨度桥梁，尤其采用新结构、新材料和新工艺的桥梁结构。

（2）拟通过特种车辆的新、旧桥梁，需按实际轮位和轴重进行模拟荷载或等效荷载试验。

（3）经修复、改建或加固的旧桥，为判断其承载能力和处治效果，可进行荷载试验。

（4）当采用调查、检算的方法尚不足以鉴定桥梁承载能力时，可采用荷载试验，测定桥梁在荷载作用下的实际工作状况，以评估桥梁承载能

力，包括：

A、桥梁施工质量合格，使用状况良好，检算主要指标虽不符合要求，但超过幅度较小，可能还有承载潜力。

B、桥梁的施工质量很差，可能存在隐患，仅用调查检算难以确定桥梁承载能力。

C、桥梁在运营中损坏严重，可能影响桥梁承载能力。

D、桥梁缺乏设计、施工资料或结构受力不明确，不便准确进行承载能力检算。

（5）为了科研或积累资料需要，而进行荷载试验的桥梁。

注：对同多跨桥梁，如结构型式均相同，则应选取技术状态最差的或结构受力最不利的跨孔进行荷载试验。

3.2 主要依据

（1）《大跨径混凝土桥梁的试验方法》—1982

（2）《公路旧桥承载能力鉴定办法》（试行）—1988

（3）《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）

（4）《混凝土结构试验方法标准》（GB 50152-92）

（5）可供参考的其它相关技术规范，包括：

A、《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）

B、《城市桥梁养护技术规范》（CJJ 99-2003）

C、《铁路桥梁检定规范》（铁运函［2004］120号）

D、《钻芯法检测混凝土强度技术规程》（CECS 03：2007）

E、《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T23-2001）

F、《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS 02：2005） G、《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS 21：2000）

H、相关的桥涵设计技术规范、测量规范等

4 桥梁荷载试验分类

（1）按工程检验性质，可分为：验收荷载试验与鉴定荷载试验。

（2）按试验荷载性质，可分为：静力荷载试验与动力荷载试验。

（3）按最大试验荷载量，可分为：基本荷载试验（1.0≥η＞0.8）、重荷载试验（η＞1.0）与轻荷载试验（0.8≥η＞0.5），η为荷载效率系数。对旧桥η常取于0.8~1.05之间，当桥梁的调查、检算工作比较完善而又受加载设备能力限制时，η可取低限，否则宜取高限，一般情况下η值不宜小于0.95；

比如，目前一些高速公路上的特大跨径桥梁交工验收前都进行验收荷载试验，且一般为基本荷载试验并以静载试验为主。

5 荷载试验主要测试内容

5.1 静载试验主要测试内容

（1）控制断面的应力（应变）；

（2）结构的变形情况，包括梁体挠度、支点沉降、墩台位移等；

（3）裂缝的出现和扩展情况。

注：相关规范中已给出了各种桥梁体系的主要观测部位及测试内容。

5.2动载试验主要测试内容

（1）测定结构在动力荷载作用下的受迫振动特性，如动力系数、振幅、加速度等，一般通过跑车、跳车、刹车试验来实现。

（2）测定桥梁结构的自振特性，如结构的振型、频率和阻尼比等，一般通过脉动试验（依靠环境随机激励）来实现；

（3）测定动荷载本身的动力特性，如动力荷载的大小、频率及作用规律等，主要以科研为主。

6 试验结果的分析与评定

6.1 静载试验

（1）试验荷载效率η

Sstat

S.

式中：Sstat——试验荷载作用下，检测部位变形或力的计算值；

S——设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；

δ——设计取用的动力系数。

（2）关键部位（一般为应力或位移最大测点处）校验系数K

KSe

Sstat

SeStotSp

式中：Se——量测的弹性变形或力值

Stot——量测的总变形或力值;

Sp——量测的残余变形或力值

（3）残余变形系数ξ

Sp

Stot1

以上各参数的上、下限值取值如下表：

（4）裂缝开展情况评价

主要评价受力裂缝的出现、扩展及卸载后的回复情况：

A、试验荷载作用下裂缝宽度不超过设计标准的许可值，并且卸载后应闭合到小于容许值的1/3;

B、原有的其它裂缝（施工的、收缩的裂缝），受载后也不应超过标准容许的宽度;

C、结构出现第一条裂缝的试验荷载值应大于理论计算初裂荷载的90%。

6.2 动载试验

（1）实测结构动力特性参数（自振频率、振型）与理论计算值的比较，以评价结构整体刚度、校验理论计算模型，同时也为结构进一步动力分析如抗风、抗震分析提供基础资料；

（2）实测结构动力系数，包括动态应变增量、冲击系数等，评价设计取用的动力系数是否合理。

6.3试验结果的使用

（1）通过试验参数分析，可判定结构工作性能与施工质量；

（2）根据校验系数可确定桥梁承载能力检算系数Z2，并由此进行承

载能力评估。

7 试验过程中需注意的有关问题

7.1 试验前的准备工作

（1）对结构进行详细检查，查明结构几何尺寸与实际技术状况等；

（2）制订详细试验方案，拟定加载方式；

（3）准备好试验观测仪器设备、加载设备。

7.2试验时间的选择

（1）应选择气象条件较稳定的日期，并安排在阴天或夜间温度比较恒定的条件下进行试验；

（2）应避免大风降温或暴雨期间进行试验。

7.3 特别注意试验安全，包括结构的安全与试验检测人员的人身安全

（1）加载分级一般不少于四级，对技术状况不佳的旧桥或缺乏设计、施工资料或结构受力不明确的桥梁应适当增加加载分级，且后一级荷载量不大于前一级荷载量。

（2）以下情况应立即停止继续加载：

A、结构控制截面的变位、应力（或应变）、裂缝的扩展，在未加到预计的最大试验荷载前，提前达到或超过设计标准的容许值；

B、拱桥加载时沿跨长方向的实测挠度曲线分布规律与计算值相差过大或实测值超过计算值较多时；

C、 结构发生其它损坏，影响其承载能力或正常使用时。

（3）因高空作业、水上作业较多，试验前应对试验检测人员进行安全警示教育，认真检查支架、试验平台等辅助设施是否牢固，并切实做好安全防患措施。

（4）试验期间尤其是进行动载试验如跑车试验时，应严格做好交通管制，有条件的情况下应尽可能对桥梁前后道路进行封闭。