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摘要：以某1×40m的简支T梁桥为研究对象，采用MIDAS Civil有限元软件对该桥进行了静载试验研究，并结合实测数据与理论计算结果，评估该桥的承载力和整体刚度情况。结果显示：实测的挠度值和应变值分别与对应的理论计算值进行对比分析，可以评估简支T梁桥的强度和刚度的合理性。
关键词：荷载试验；桥梁检测；内力影响线；有限元模型
中图分类号：U446 文献标志码：A
A Simple T Girder Bridges Undynamic Load Experimental Research
Ji Zeguang
(China Railway Tunnel Group Co., Ltd. 1, ChongQing ,400074, China)
Abstract: In this paper, T-40m span simply supported beam bridge as the research object，Midas civil finite element software using the bridge static load test study. Combined with the measured data and theoretical calculations, the overall stiffness of the bearing capacity and assess the situation of the bridge.
.Key words: Load Test; Bridge inspection; Internal force influence line; Finite element model
对既有桥梁结构在运营期间，因受水害、地震等自然灾害而损伤，或因设计施工不当而产生严重缺陷，或因使用荷载大幅度增长而严重超过设计等级，通常通过桥梁试验来评估既有桥梁的使用性能与承载能力，为桥梁养护、加固、改建或者限载对策提供科学的依据。桥梁检测试验分为静载试验和动载试验。其中静载试验按照预定的试验目的与试验方案，将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置上，观测桥梁结构的静力位移、静力应变等参量的试验项目，然后根据有关规范和规程的指标，判断桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力。
本文以某简支T梁为例，通过静载试验来评估该桥梁结构的承载能力和结构的刚度。试验结果表明，结构受理合理。
1工程概况
某桥为1×40m预应力混凝土简支T梁，T梁按全预应力混凝土构件设计。桥梁全宽12.00m，其布置形式为1.50m（栏杆座及人行道）＋9.00m（车行道）＋1.50m（栏杆座及人行道）。设计荷载：公路-II级；人群3.0kN/㎡。简支T梁有限元模型如图1所示。
图1 简支T梁有限元模型
2测试方案
2.1测试截面和测点布置
简支梁的控制截面为跨中截面，控制内力为跨中截面的正弯矩。测试截面见图2。测点布置图见图3。
图2简支T梁测试截面
图3测点布置图
2.2加载车辆标准
根据实际情况选择车型，车辆轴重应尽量与桥梁规范中规定的车辆荷载基本相当。
根据计算，此次荷载试验共需4辆车货总重分别为300kN的载重车加载。试验车辆的计算轴重、轮距、轴距尺寸见表2-1中。
表 2 1试验工况设置一览
2.3加载方案设计
对J1截面进行中载和偏载两种荷载工况，利用拾取的相关测点应变和挠度，来评估桥梁的承载能力和刚度情况。试验工况设置一览表如下表2-2所示。
表 2 2试验工况设置一览表
其中工况1下车辆的加载示意图为下图4所示，工况2下车辆的加载示意图为下图5所示。
图4工况1车辆中载示意图
图5工况2车辆偏载示意图
2.4静力等效荷载
试验荷载效应计算是在设计内力计算结果的基础上，来确定加载位置、加载等级以及在试验荷载作用下结构反应大小的过程，这是一个反算的过程。
在不影响主要试验目的的前提下，一般采用内力或变形等效的加载方式，即计算出设计标准荷载对控制截面产生的最不利内力，以此作为控制值，然后调整试验荷载使该截面内力逐级达到此控制值。为保证试验效果，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求，在选择试验荷载大小及加载位置时，采用静载试验效率进行调控，即
式中： ——试验荷载作用下，检测部分变形或内力的计算值；
——设计标准荷载作用下，检测部分变形或内力的计算值；
——设计取用的冲击系数。
取值宜在0.8-1.05之间，当桥梁调查、验算工作比较充分完善时，可采用低限值；当桥梁调查、验算工作不充分时，尤其是缺乏设计计算资料时，可采用高限值。
本桥的测设工况及静力试验荷载效率如下表2-3所示。
表 2 3测试工况及静力试验荷载效率
3有限元理论计算结果
利用midas civil建模，进行内力影响线加载，得到简支T梁所需测点的应变值和挠度值。各测点处的应变和挠度计算理论值如下表所示3 1。
表 3 1各测点处的应变和挠度计算理论值
注：1、应变量以με（微应变）表示，1με=1拉应变为正，压应变为负。
2、挠度向下为正，单位为mm。
4理论值与实际值对比分析
图6为中载工况下J1截面计算应变值和实测计算值的关系曲线图；图7为偏载工况下J1截面计算应变值和实测应变值的关系曲线图。
图6 中载工况下J1截面应变计算值和实测值间的关系曲线图
Fig.6 On the vehicle centered layout conditions, the strain relationsof J1-section between the value and the measured value curves
图7偏载工况下J1截面应变计算值和实测值间的关系曲线图
图8为中载工况下J1截面计算挠度值和挠度计算值的关系曲线图；图9为偏载工况下J1截面计算挠度值和实测挠度值的关系曲线图。
图8中载工况下J1截面挠度计算值和实测值间的关系曲线图
图9偏载工况下J1截面挠度计算值和实测值间的关系曲线图
从图6到图9，可以发现无论是应变，还是挠度，它们的计算值和实测值的曲线走势，大致相同。表明桥梁的整体强度和刚度情况合理。
除了从计算值和实测值之间的关系曲线图上评估桥梁的强度和刚度外，还可以通过检验系数来判别。检验系数为加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点）的实测值和理论计算值之间的比值大小。
按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(YC4-4/1982)，汽车静活载引起的竖向挠度结构校验系数合理范围为：0.50-1.00。汽车静活载引起的应力结构校验系数合理范围为：0.50~0.90。本桥的挠度检验系数和应变检验系数满足上述条件，表明本桥的静载试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求，即桥梁的承载能力和刚度情况合理。
5结语
在静载试验中，通过内力影响线，对简支T梁桥进行车辆加载，得到该梁桥的挠度和应变的理论计算值和实测值。将实测的挠度值和应变值分别与对应的理论计算值进行对比分析，可以评估简支T梁桥的强度和刚度的合理性。
挠度和应变的实测值，忽略环境等某些次要因素的影響。
参考文献(References)：
[1] 范立础.桥梁工程（上）[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 交通部公路科学研究院.公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004[s].北京：人民交通出版社，2004.
[3]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 [s].北京：人民交通出版社，2004.
[4]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 [s].北京：人民交通出版社，2004.
[5] 姚玲森主编.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1989.
关键词：荷载试验；桥梁检测；内力影响线；有限元模型
中图分类号：U446 文献标志码：A
A Simple T Girder Bridges Undynamic Load Experimental Research
Ji Zeguang
(China Railway Tunnel Group Co., Ltd. 1, ChongQing ,400074, China)
Abstract: In this paper, T-40m span simply supported beam bridge as the research object，Midas civil finite element software using the bridge static load test study. Combined with the measured data and theoretical calculations, the overall stiffness of the bearing capacity and assess the situation of the bridge.
.Key words: Load Test; Bridge inspection; Internal force influence line; Finite element model
对既有桥梁结构在运营期间，因受水害、地震等自然灾害而损伤，或因设计施工不当而产生严重缺陷，或因使用荷载大幅度增长而严重超过设计等级，通常通过桥梁试验来评估既有桥梁的使用性能与承载能力，为桥梁养护、加固、改建或者限载对策提供科学的依据。桥梁检测试验分为静载试验和动载试验。其中静载试验按照预定的试验目的与试验方案，将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置上，观测桥梁结构的静力位移、静力应变等参量的试验项目，然后根据有关规范和规程的指标，判断桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力。
本文以某简支T梁为例，通过静载试验来评估该桥梁结构的承载能力和结构的刚度。试验结果表明，结构受理合理。
1工程概况
某桥为1×40m预应力混凝土简支T梁，T梁按全预应力混凝土构件设计。桥梁全宽12.00m，其布置形式为1.50m（栏杆座及人行道）＋9.00m（车行道）＋1.50m（栏杆座及人行道）。设计荷载：公路-II级；人群3.0kN/㎡。简支T梁有限元模型如图1所示。
图1 简支T梁有限元模型
2测试方案
2.1测试截面和测点布置
简支梁的控制截面为跨中截面，控制内力为跨中截面的正弯矩。测试截面见图2。测点布置图见图3。
图2简支T梁测试截面
图3测点布置图
2.2加载车辆标准
根据实际情况选择车型，车辆轴重应尽量与桥梁规范中规定的车辆荷载基本相当。
根据计算，此次荷载试验共需4辆车货总重分别为300kN的载重车加载。试验车辆的计算轴重、轮距、轴距尺寸见表2-1中。
表 2 1试验工况设置一览
2.3加载方案设计
对J1截面进行中载和偏载两种荷载工况，利用拾取的相关测点应变和挠度，来评估桥梁的承载能力和刚度情况。试验工况设置一览表如下表2-2所示。
表 2 2试验工况设置一览表
其中工况1下车辆的加载示意图为下图4所示，工况2下车辆的加载示意图为下图5所示。
图4工况1车辆中载示意图
图5工况2车辆偏载示意图
2.4静力等效荷载
试验荷载效应计算是在设计内力计算结果的基础上，来确定加载位置、加载等级以及在试验荷载作用下结构反应大小的过程，这是一个反算的过程。
在不影响主要试验目的的前提下，一般采用内力或变形等效的加载方式，即计算出设计标准荷载对控制截面产生的最不利内力，以此作为控制值，然后调整试验荷载使该截面内力逐级达到此控制值。为保证试验效果，根据《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的要求，在选择试验荷载大小及加载位置时，采用静载试验效率进行调控，即
式中： ——试验荷载作用下，检测部分变形或内力的计算值；
——设计标准荷载作用下，检测部分变形或内力的计算值；
——设计取用的冲击系数。
取值宜在0.8-1.05之间，当桥梁调查、验算工作比较充分完善时，可采用低限值；当桥梁调查、验算工作不充分时，尤其是缺乏设计计算资料时，可采用高限值。
本桥的测设工况及静力试验荷载效率如下表2-3所示。
表 2 3测试工况及静力试验荷载效率
3有限元理论计算结果
利用midas civil建模，进行内力影响线加载，得到简支T梁所需测点的应变值和挠度值。各测点处的应变和挠度计算理论值如下表所示3 1。
表 3 1各测点处的应变和挠度计算理论值
注：1、应变量以με（微应变）表示，1με=1拉应变为正，压应变为负。
2、挠度向下为正，单位为mm。
4理论值与实际值对比分析
图6为中载工况下J1截面计算应变值和实测计算值的关系曲线图；图7为偏载工况下J1截面计算应变值和实测应变值的关系曲线图。
图6 中载工况下J1截面应变计算值和实测值间的关系曲线图
Fig.6 On the vehicle centered layout conditions, the strain relationsof J1-section between the value and the measured value curves
图7偏载工况下J1截面应变计算值和实测值间的关系曲线图
图8为中载工况下J1截面计算挠度值和挠度计算值的关系曲线图；图9为偏载工况下J1截面计算挠度值和实测挠度值的关系曲线图。
图8中载工况下J1截面挠度计算值和实测值间的关系曲线图
图9偏载工况下J1截面挠度计算值和实测值间的关系曲线图
从图6到图9，可以发现无论是应变，还是挠度，它们的计算值和实测值的曲线走势，大致相同。表明桥梁的整体强度和刚度情况合理。
除了从计算值和实测值之间的关系曲线图上评估桥梁的强度和刚度外，还可以通过检验系数来判别。检验系数为加载试验的主要测点（即控制测点或加载试验效率最大部位测点）的实测值和理论计算值之间的比值大小。
按照《大跨径混凝土桥梁的试验方法》(YC4-4/1982)，汽车静活载引起的竖向挠度结构校验系数合理范围为：0.50-1.00。汽车静活载引起的应力结构校验系数合理范围为：0.50~0.90。本桥的挠度检验系数和应变检验系数满足上述条件，表明本桥的静载试验结果满足桥梁设计及检定规范的要求，即桥梁的承载能力和刚度情况合理。
5结语
在静载试验中，通过内力影响线，对简支T梁桥进行车辆加载，得到该梁桥的挠度和应变的理论计算值和实测值。将实测的挠度值和应变值分别与对应的理论计算值进行对比分析，可以评估简支T梁桥的强度和刚度的合理性。
挠度和应变的实测值，忽略环境等某些次要因素的影響。
参考文献(References)：
[1] 范立础.桥梁工程（上）[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 交通部公路科学研究院.公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1-2004[s].北京：人民交通出版社，2004.
[3]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 [s].北京：人民交通出版社，2004.
[4]《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 [s].北京：人民交通出版社，2004.
[5] 姚玲森主编.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1989.