桥梁荷载试验与设计准备工作

桥梁荷载试验分静载试验和动载试验，进行桥梁荷载试验的目的是检验桥梁整体受力性能和承载力是否符合设计要求；对于新桥型及桥梁中运用新材料、新工艺的应验证计算图式，为完善结构分析理论积累资料；对于旧桥通过荷载试验可以评定其运营荷载等级。

桥梁结构载荷在作用下所产生的变形可以分为两大类：一类变形能反映结构的整体工作状态，如梁的挠度、转角、支座位移等，称为整体变形；另一类变形能反映结构的局部工作状态，如纤维变形、裂缝、钢筋的滑动等，称为局部变形。

测定挠度，可以了解结构的刚度并分析结构的弹性和非弹性性质。挠度的不正常发展还能说明结构中的局部现象；测定转角可以用来分析超静定结构；控制断面的最大应变和应变沿断面的分布规律是我们推断结构极限强度的重要指标。

桥梁结构动载试验的基本任务是：测定动荷载的动力特性，即引起结构产生振动的作用力的数值、方向、频率和作用规律；测定结构的动力特性，即结构或构件的自振频率、阻尼特性及固有振型；测定结构在动荷载作用下的强迫震动响应，如振幅、动应力、冲击系数及疲劳性能等。

桥梁荷载试验可大致分为 3 个阶段：桥梁结构的考察、试验方案设计及试验准备阶段；加载试验与观测阶段；试验结果的分析与总结阶段。

（一）桥梁结构的考察、试验设计与准备

荷载试验正式进行之前应做好以下准备工作。

1.试验孔（或墩）的选择

对多孔桥梁中跨径相同的桥孔（或墩）可选1～3孔具有代表性的桥孔（或墩）进行加载试验。选择时应综合考虑以下因素：

（1）该孔（或墩）计算受力最不利。

（2）该孔（或墩）施工质量较差，缺陷较多或病害较严重。

（3）该孔（或墩）便于搭设脚手架，便于实测。

2.搭设脚手架和测试支架

搭设脚手架和测试支架应分开搭设互不影响，并应具有足够的强度、刚度和稳定性。

3.静载试验加载位置的放样和卸载位置安排

静载试验前应在桥面上对加载位置进行放样，并预先安排卸载的安放位置，以便与加载试验的顺利进行。

4.试验人员组织及分工

桥梁的荷载试验是一项技术性较强的工作，最好组织专门的桥梁试验队伍来承担。试验人员应能熟练掌握所分管的仪器设备，读数快速而精确。试验队伍应设总指挥 1 人，其他人员的配备视具体情况而定。

5.其他准备工作

加载试验的安全设施、供电照明设施、通信联络设施、桥面交通管制等工作应根据荷载试验的需要进行准备。

（二）试验对象的考察

在确定试验方案之前，必须对试验结构进行实地考察和了解，做到情况清楚、心中有数。

1.技术文件和资料的收集

收集桥梁资料的设计资料，如设计标准、设计主要荷载类型、结构特点、计算书及设计原始资料；收集施工资料，如材料性能试验报告、隐蔽工程验收资料、施工观测记录、施工阶段质量检查验收记录、事故记录及竣工图纸等；收集桥梁结构的使用资料，如养护情况，运营情况及结构损伤与破损阶段报告。

2.桥梁结构现状调查

用直观或量测的方法确定结构各部分的几何形状及位置偏差，确定墩台的空间位置和距离、记录有无沉降、隆起、倾斜和转动等；观察圬工体的外表质量；考察现有的损伤、裂缝、蜂窝、麻面、钢筋外露、混凝土保护层厚度不够的地方、漏水的地方等；用非破损检验的方法确定结构或构件混凝土实际强度是否与设计文件相符。

以上工作中，重点应考查混凝土的强度、墩台和上部结构的裂缝；混凝土保护层厚度不够的地方；钢筋外露和锈蚀的区段；易发生应力集中的部位；圬工桥梁注意测量拱圈尺寸、拱轴线位置以及拱圈上有无横向裂缝。

考察支座的位置、尺寸，有无损伤，活动支座是否灵活，排水是否符合要求，伸缩缝工作情况是否良好

实测结构材料的实际强度及弹性模量等重要的物理力学性能指标。可以通过原配合比制试件实测、或从结构非重要部位挖取试件实测、也可以用非破损法实测。(www.xing528.com)

（三）加载方案设计

1.确定试验荷载

为保证荷载试验的效果，必须首先确定试验荷载。试验荷载可以取控制荷载。依据汽车和人群（标准设计荷载）、挂车或履带车（标准设计荷载）及需要通行的特殊重型车辆分别对结构截面产生的内力（或变形）的最不利值对应的荷载作为控制荷载。而动荷载试验以汽车荷载作为控制荷载。当客观条件所限，采用的试验荷载与控制荷载有差别时，为保证试验效果，在选择试验荷载的大小和加载的位置时采用荷载试验效率 ηq（静荷载试验效率或动荷载试验效率）进行控制。

ηq值可采用 0.80～1.05，当桥梁的调查、检算工作比较完善而又受加载设备能力所限，ηq可采用低限，反之取高限，一般情况下 ηq值不宜小于 0.95。

荷载试验宜选择温度内力较不利的季节和天气进行。当温度变化对桥梁结构内力影响较大时，应选择温度内力较不利的季节进行荷载检验，否则适当增大 ηq值来弥补温度对结构控制截面产生的不利内力。

当控制荷载为挂车和履带车而采用汽车荷载加荷时，考虑到汽车荷载的横向应力增大系数较小，为了使截面的最大应力与控制荷载作用下截面最大应力相等，可适当增大静荷载试验效率 ηq。

ηq值一般采用 1。动载试验的效率不仅取决于试验车型及车重，而且取决于实际跑车时的车间距。因此，应采用实际测定跑车时的车间距作为修正动荷载试验效率 ηq的计算依据。

2.加载形式与控制

试验荷载位有两种形式：一种是沿桥轴方向加载；一种是垂直于轴方向加载。设计加载时除注意试验荷载纵向加载位置外，同时还要注意横向加载图式，横向加载图式有对称和偏心加载两种方式。

为了加载安全和了解结构应变和变位随荷载增加的变化关系，桥梁静荷载试验的各荷载工况的加载应分级进行，分级控制的原则如下：

（1）当加载分级较为方便时，可按最大控制截面内力荷载工况均分为 4～5级。

（2）使用载重车加载，车辆称重有困难时也可分成 3 级加载。

（3）如果桥梁的检查和验算工作不充分，或桥况较差，应尽量增多加载分级，使车辆荷载逐辆驶入预定加载位置，以确保试验安全。

（4）在安排加载分级时，应注意加载过程中其他内力亦应逐渐增加，且最大内力不应超过控制荷载作用下的最不利内力。

最好每级加载后卸载，也可逐级加载，达到最大荷载后逐级卸载。车辆荷载加载分级的方法可采用先上轻车后上重车，逐渐增加加载车数量；加载车分次装载重物；加载车位于内力影响线的不同部位。

加载试验时间以 22:00 至 6:00 为宜，如采用车辆等加卸载迅速的试验方法，也可安排在白天试验，但进行加载试验时每一加卸载周期所花费的时间不宜超过20 min。

加载设备可选用可行式车辆及重物直接加载。

动加载试验一般安排标准汽车车列（对小跨径桥也可用单车）在不同车速时的跑车试验，跑车时速一般为 5 km，10 km，20 km，30 km，50 km，此外，如需测定桥梁承受活载水平力性能时要做车辆制动试验，为测定桥梁自振频率要做跳车后的余振观测，并在无荷载时进行脉动观测。

（四）测点设置

主要测点的布设应能控制结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移），测点的布设不宜过多，但要保证观测质量，几种常用桥梁体系的主要测点布设如下：

简支梁桥——跨中挠度、支点沉降、跨中截面应变。

连续梁桥——跨中挠度、支点沉降、跨中和支点截面应变。

悬臂梁桥——悬臂端部挠度、支点沉降、支点截面应变。

拱桥——跨中与 L/4 处挠度、拱顶 L/4 和拱脚截面应变。

挠度观测点一般布置在桥中轴线位置。截面抗弯应变测点应设置在截面横桥向应力可能分布较大的部位，沿截面上下缘布设，横桥向测点设置一般不少于3 处，以控制最大应力的分布。

根据桥梁调查和检察工作的深度，综合考虑结构特点和桥梁状况等可按需要加设测点。

在与大多数测点较近的部位设置 1～2 处气温观测点，此外可根据需要在桥梁主要测点部位设置一些构件表面温度观测点。