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[摘要]以永和大道跨桥为背景，通过对跨桥静载和动载进行试验、测试，对桥梁的承载能力和结构状况进行评价分析。这个案例得出永和大道跨线桥在力学性能上满足设计和使用要求，可以投入运营的结论，并在最后提出意见建议。
[关键词]跨桥；荷载试验
中图分类号：U488.2 文献标识码：A文章编号：2306-1499-（2014）11-0011-02
1.工程概况
永和大道跨线桥工程为永和大道改造工程，永和大道位于永和经济区内，属于区内的一条城市主干道，线路大致呈南北走向，它南起开创大道，北接永安大道，线路全长约9.35公里；上跨永顺大道及摇田河大街。主桥采用(33.5+48+48+30.5)m变截面预应力连续箱梁，两侧引桥均采用3×25m预应力连续箱梁。高架桥路段线形较好，道路等级为：城市主干道I级，设计车速为60km/h。荷载等级为：公路I级，挂—120验算。
2.试验目的及依据
2.1试验目的
（1）通过理论计算和桥梁静动载试验结果的分析，对桥梁的承载能力和结构状况进行综合评价；
（2）为桥梁今后的运营和养护提供全面的原始资料，指导桥梁的使用和养护维修。
2.2检测依据
（1）《大跨径混凝土桥梁试验方法》（试行）；
（2）《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）；
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；
（4）《工程测量规范》（GB50026-93）；
（5）该桥的全部设计文件。
3.桥梁工程检测对象
图1永和大道跨线桥主桥桥跨布置图(单位:cm)
图2永和大道跨线桥引桥桥跨布置图(单位:cm)
（1）永和大道跨线桥(33.5+48+48+30.5)m连续梁主桥，第4跨，第5跨，左幅，共2孔；
（2）永和大道跨线桥3×25m连续梁引桥，第1跨，第2跨，左幅，共2孔。
4.桥梁荷载试验方案
4.1试验内容
4.1.1静载试验内容
（1）检测桥跨主要构件控制截面在试验荷载下的静应变；
（2）检测桥跨主要构件控制截面在试验荷载下的静挠度；
（3）桥墩在试验荷载下的竖向位移；
（4）检测桥跨在试验荷载下的竖向位移；
（5）试验过程中的梁体裂缝观测。
4.1.2动载试验内容
（1）待测桥跨在动荷载作用下的冲击系数；
（2）检测桥跨的自振频率；
（3）检测桥跨的阻尼比。
4.2荷载试验方法
4.2.1静载试验方法
（1）设计内力及试验荷载的计算。桥梁结构计算分析拟通过桥梁专业有限元软件MIDAS2010进行，考虑到结构单箱多室、宽跨比过大的结构特性通过采用空间梁格法建模来模拟结构的实际受力状态，并采用通用有限元软件ANSYS进行模型验证。活载计算利用影响线加载方法，计算出设计荷载作用下的弯矩值。
本次试验为鉴定荷载试验，根据《方法》中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构承载能力问题，加载效率系数 取为：
式中：
——试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；
——设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；
——设计取用的冲击系数。
考虑到试验桥梁为新建桥梁为了充分反应结构承载力 宜取上限值，另外考虑到试验现场组织汽车荷载存在困难，对于现有车行道，试验时准备用若干台汽车（单车重360kN左右）作为试验荷载；分级达到设计内力（弯矩、剪力），试验车辆数目需通过详细计算确定，必要时并根据测试结果加以调整。
（2）加载方案。①试验部位：根据计算结果，取(33.5+48+48+30.5)m连续梁主桥第4跨跨中断面、4#墩墩顶断面以及第5跨跨中断面为控制断面；取3×25m连续梁引桥第1跨跨中断面、1#墩墩顶断面以及第2跨跨中断面为控制断面。②荷载效率及加载方式。
表1各控制截面荷载效率表
截面位置 设计弯矩(KN•m) 试验弯矩(KN•m) 荷载效率(%) 加载车辆数目
主桥第4跨跨中 8981.2 8829.9 98.3 5
主桥第5跨跨中 9069.7 8974.0 99.95 5
4#墩墩顶 -12881.2 -11973.1 92.95 6
引桥第1跨跨中 5317.6 5263.2 98.9 5
引桥第2跨跨中 4174.1 3899.4 93.4 5
1#墩墩顶 -4258.5 -4063.4 95.4 5
（3）测点布置
①挠度测点：变形测点布置不仅能测得各级荷载作用下的竖向挠度，也能测得各级荷载作用下的墩台的变位。测点采用长8厘米膨胀螺钉固定在桥面上或采用在桥梁表面粘接螺母。竖向变形测量采用二等水准测量，水准测量测试精度为0.1mm，采用徕卡NA02型精密水准仪，基准点设置在桥外。
量测内容：各级荷载下的竖向变形及卸载后残余变形。
②应变测点
根据《方法》的规定及分析计算，在测试桥跨的控制断面进行应变测点的布置，应变测量采用进口振弦式应变计和配套读数仪。振弦式应变传感器的精度高（达0.1με）、受环境影响小、粘结性能要求不高、没有零漂、克服了一般应变传感器稳定性差的缺点，进口传感器和读数仪，可靠度高，同一批传感器标定系数稳定可靠，从而减少了测试系统的误差，保证实验数据的精确性。
量测内容：各级荷载下的应变及卸载后残余应变。
③裂缝观测
在静动载试验过程中，对试验桥跨的控制断面及点处均布置定量的裂缝监测点，量测内容为各级荷载作用下有无裂缝出现、裂缝宽度变化及卸载后残余裂缝宽度等。
（4）静载试验分析评定
①荷载效率
各控制截面的试验弯矩和试验荷载效率满足《方法》要求。
②量测结构试验效率
本次试验挠度校验系数满足《方法》要求，应变校验系数满足《方法》要求。
4.2.2动载试验方法
（1）动载试验作用方式
①脉动试验
大地脉动试验，在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、大地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应。
②跑车试验
利用一台约100KN中的汽车，以20～60Km/h的不同车速来回在桥面行驶，由加速度传感器记录各测点在车辆行驶的激励下的振动信号，测试在行车状态下结构的受迫振动特性及移动的动力荷载作用下的动力特性。
③跳车试验
跳车试验是用约100KN重的汽车的后轮越过高15cm的三角垫木后跳下，以车辆下落的冲击对桥面进行激励，测试结构的阻尼特性及竖向振动特征频率。
④刹车试验
利用一台约100KN重的载重汽车，在行车中紧急制动对桥面进行激励，以测量桥梁结构沿纵、横向振动的动态特性。
⑤测试方法
振动试验使用速度传感器、加速度传感器拾取振动信号，经放大器将信号放大后用亿恒科技动态采集系统进行采样、记录和分析处理。
（2）动载测点布置
为充分反应结构动态特性，动态测点布置宜在结构模态响应最大位置处，对于连续梁和简支梁等梁桥结构，可先理论计算阵型然后根据所需测阵型阶数选择动挠度最大点布设，通常情况下宜在连续梁和简支梁的1/4L、1/2L和3L/4处布置。
（3）动载试验步骤
①脉动试验
在无车辆通行的自然条件下，通过在桥梁测试断面布置速度传感器的方式，使用亿恒科技动态采集系统进行测试，为了保证测试结果具有随机统计价值连续采集时间不小于20分钟。
②跑车试验
a.安装垂直方向的速度传感器。使用亿恒科技动态采集系统进行测试。
b.车辆退出桥面，指挥员通知采集系统开始采样记录，并通知试验车从桥外以20Km/h的速度匀速通过桥面，直至驶离另一端桥面后停下。
c.回放记录信号，检查采样是否正常，否则重复上述b。
d.以40Km/h的车速重复b、c。
e.以60Km/h的车速重复b、c。
③跳车试验
a.传感器的布置同跑车试验。
b.将一台重约100KN的车沿路中线驶入跨中，前轮刚过跨中线，将15cm高的三角垫木置于跨中线上。
c.指挥员通知采集系统开始采样记录，试验车以缓慢速度驶过垫木，后轮落地后立即刹车。观察采样信号，当跳车引起的振动基本消失后停止采样，并记录下跳车用的垫木高度及坡度。
d.回放记录信号，如采样信号不正常，重复b、c。
e.重复b、c、d步骤3次。
④刹车试验
a.传感器的布置同跑车试验。
b.试验过程是试验车以20Km/h的车速均速驶进跨中线，并在接近跨中线时急刹车。
c.车辆退出桥面，指挥员通知采集系统开始采样记录，并通知试验车从桥外以20Km/h的车速匀速通过桥面，驶至指定位置时将车刹停。
d.回放记录信号，检查采样是否正常，否则重复上述c。
e.以40Km/h的车速重复c、d。
f.以60Km/h的车速重复c、d。
⑤动载测试注意事项
a.保证信号完整，测记长度足够。根据该桥的特点，环境随机激振，响应测记时间应不小于20分钟；
b.照顾到各测量通道的动态范围，对小信号足够灵敏，大信号不饱和，测量时要监视振动信号质量。
5.建议
5.1限制超载车辆过桥。
5.2定期对桥梁进行跟踪检查
6.结论
（1）本次桥梁荷载试验的荷载效率符合《方法》中对基本荷载试验规定的要求，其试验结果可用于桥梁承载能力的评价。（2）通过静动载试验，永和大道跨线桥结构变形规律基本正常，结构整体性较好，实测桥梁刚度要优于理论计算模型的刚度，结构的工作状态良好，结构强度及刚度基本满足设计荷载：汽超-20，验算荷载：挂车-120。由此可见，永和大道跨线桥在力学性能上满足设计和使用要求，可以投入运营。
[关键词]跨桥；荷载试验
中图分类号：U488.2 文献标识码：A文章编号：2306-1499-（2014）11-0011-02
1.工程概况
永和大道跨线桥工程为永和大道改造工程，永和大道位于永和经济区内，属于区内的一条城市主干道，线路大致呈南北走向，它南起开创大道，北接永安大道，线路全长约9.35公里；上跨永顺大道及摇田河大街。主桥采用(33.5+48+48+30.5)m变截面预应力连续箱梁，两侧引桥均采用3×25m预应力连续箱梁。高架桥路段线形较好，道路等级为：城市主干道I级，设计车速为60km/h。荷载等级为：公路I级，挂—120验算。
2.试验目的及依据
2.1试验目的
（1）通过理论计算和桥梁静动载试验结果的分析，对桥梁的承载能力和结构状况进行综合评价；
（2）为桥梁今后的运营和养护提供全面的原始资料，指导桥梁的使用和养护维修。
2.2检测依据
（1）《大跨径混凝土桥梁试验方法》（试行）；
（2）《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）；
（3）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；
（4）《工程测量规范》（GB50026-93）；
（5）该桥的全部设计文件。
3.桥梁工程检测对象
图1永和大道跨线桥主桥桥跨布置图(单位:cm)
图2永和大道跨线桥引桥桥跨布置图(单位:cm)
（1）永和大道跨线桥(33.5+48+48+30.5)m连续梁主桥，第4跨，第5跨，左幅，共2孔；
（2）永和大道跨线桥3×25m连续梁引桥，第1跨，第2跨，左幅，共2孔。
4.桥梁荷载试验方案
4.1试验内容
4.1.1静载试验内容
（1）检测桥跨主要构件控制截面在试验荷载下的静应变；
（2）检测桥跨主要构件控制截面在试验荷载下的静挠度；
（3）桥墩在试验荷载下的竖向位移；
（4）检测桥跨在试验荷载下的竖向位移；
（5）试验过程中的梁体裂缝观测。
4.1.2动载试验内容
（1）待测桥跨在动荷载作用下的冲击系数；
（2）检测桥跨的自振频率；
（3）检测桥跨的阻尼比。
4.2荷载试验方法
4.2.1静载试验方法
（1）设计内力及试验荷载的计算。桥梁结构计算分析拟通过桥梁专业有限元软件MIDAS2010进行，考虑到结构单箱多室、宽跨比过大的结构特性通过采用空间梁格法建模来模拟结构的实际受力状态，并采用通用有限元软件ANSYS进行模型验证。活载计算利用影响线加载方法，计算出设计荷载作用下的弯矩值。
本次试验为鉴定荷载试验，根据《方法》中的规定，静载试验荷载一方面应保证结构的安全性，另一方面又应能充分暴露结构承载能力问题，加载效率系数 取为：
式中：
——试验荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；
——设计标准荷载作用下，检测部位变形或内力的计算值；
——设计取用的冲击系数。
考虑到试验桥梁为新建桥梁为了充分反应结构承载力 宜取上限值，另外考虑到试验现场组织汽车荷载存在困难，对于现有车行道，试验时准备用若干台汽车（单车重360kN左右）作为试验荷载；分级达到设计内力（弯矩、剪力），试验车辆数目需通过详细计算确定，必要时并根据测试结果加以调整。
（2）加载方案。①试验部位：根据计算结果，取(33.5+48+48+30.5)m连续梁主桥第4跨跨中断面、4#墩墩顶断面以及第5跨跨中断面为控制断面；取3×25m连续梁引桥第1跨跨中断面、1#墩墩顶断面以及第2跨跨中断面为控制断面。②荷载效率及加载方式。
表1各控制截面荷载效率表
截面位置 设计弯矩(KN•m) 试验弯矩(KN•m) 荷载效率(%) 加载车辆数目
主桥第4跨跨中 8981.2 8829.9 98.3 5
主桥第5跨跨中 9069.7 8974.0 99.95 5
4#墩墩顶 -12881.2 -11973.1 92.95 6
引桥第1跨跨中 5317.6 5263.2 98.9 5
引桥第2跨跨中 4174.1 3899.4 93.4 5
1#墩墩顶 -4258.5 -4063.4 95.4 5
（3）测点布置
①挠度测点：变形测点布置不仅能测得各级荷载作用下的竖向挠度，也能测得各级荷载作用下的墩台的变位。测点采用长8厘米膨胀螺钉固定在桥面上或采用在桥梁表面粘接螺母。竖向变形测量采用二等水准测量，水准测量测试精度为0.1mm，采用徕卡NA02型精密水准仪，基准点设置在桥外。
量测内容：各级荷载下的竖向变形及卸载后残余变形。
②应变测点
根据《方法》的规定及分析计算，在测试桥跨的控制断面进行应变测点的布置，应变测量采用进口振弦式应变计和配套读数仪。振弦式应变传感器的精度高（达0.1με）、受环境影响小、粘结性能要求不高、没有零漂、克服了一般应变传感器稳定性差的缺点，进口传感器和读数仪，可靠度高，同一批传感器标定系数稳定可靠，从而减少了测试系统的误差，保证实验数据的精确性。
量测内容：各级荷载下的应变及卸载后残余应变。
③裂缝观测
在静动载试验过程中，对试验桥跨的控制断面及点处均布置定量的裂缝监测点，量测内容为各级荷载作用下有无裂缝出现、裂缝宽度变化及卸载后残余裂缝宽度等。
（4）静载试验分析评定
①荷载效率
各控制截面的试验弯矩和试验荷载效率满足《方法》要求。
②量测结构试验效率
本次试验挠度校验系数满足《方法》要求，应变校验系数满足《方法》要求。
4.2.2动载试验方法
（1）动载试验作用方式
①脉动试验
大地脉动试验，在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、大地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微幅振动响应。
②跑车试验
利用一台约100KN中的汽车，以20～60Km/h的不同车速来回在桥面行驶，由加速度传感器记录各测点在车辆行驶的激励下的振动信号，测试在行车状态下结构的受迫振动特性及移动的动力荷载作用下的动力特性。
③跳车试验
跳车试验是用约100KN重的汽车的后轮越过高15cm的三角垫木后跳下，以车辆下落的冲击对桥面进行激励，测试结构的阻尼特性及竖向振动特征频率。
④刹车试验
利用一台约100KN重的载重汽车，在行车中紧急制动对桥面进行激励，以测量桥梁结构沿纵、横向振动的动态特性。
⑤测试方法
振动试验使用速度传感器、加速度传感器拾取振动信号，经放大器将信号放大后用亿恒科技动态采集系统进行采样、记录和分析处理。
（2）动载测点布置
为充分反应结构动态特性，动态测点布置宜在结构模态响应最大位置处，对于连续梁和简支梁等梁桥结构，可先理论计算阵型然后根据所需测阵型阶数选择动挠度最大点布设，通常情况下宜在连续梁和简支梁的1/4L、1/2L和3L/4处布置。
（3）动载试验步骤
①脉动试验
在无车辆通行的自然条件下，通过在桥梁测试断面布置速度传感器的方式，使用亿恒科技动态采集系统进行测试，为了保证测试结果具有随机统计价值连续采集时间不小于20分钟。
②跑车试验
a.安装垂直方向的速度传感器。使用亿恒科技动态采集系统进行测试。
b.车辆退出桥面，指挥员通知采集系统开始采样记录，并通知试验车从桥外以20Km/h的速度匀速通过桥面，直至驶离另一端桥面后停下。
c.回放记录信号，检查采样是否正常，否则重复上述b。
d.以40Km/h的车速重复b、c。
e.以60Km/h的车速重复b、c。
③跳车试验
a.传感器的布置同跑车试验。
b.将一台重约100KN的车沿路中线驶入跨中，前轮刚过跨中线，将15cm高的三角垫木置于跨中线上。
c.指挥员通知采集系统开始采样记录，试验车以缓慢速度驶过垫木，后轮落地后立即刹车。观察采样信号，当跳车引起的振动基本消失后停止采样，并记录下跳车用的垫木高度及坡度。
d.回放记录信号，如采样信号不正常，重复b、c。
e.重复b、c、d步骤3次。
④刹车试验
a.传感器的布置同跑车试验。
b.试验过程是试验车以20Km/h的车速均速驶进跨中线，并在接近跨中线时急刹车。
c.车辆退出桥面，指挥员通知采集系统开始采样记录，并通知试验车从桥外以20Km/h的车速匀速通过桥面，驶至指定位置时将车刹停。
d.回放记录信号，检查采样是否正常，否则重复上述c。
e.以40Km/h的车速重复c、d。
f.以60Km/h的车速重复c、d。
⑤动载测试注意事项
a.保证信号完整，测记长度足够。根据该桥的特点，环境随机激振，响应测记时间应不小于20分钟；
b.照顾到各测量通道的动态范围，对小信号足够灵敏，大信号不饱和，测量时要监视振动信号质量。
5.建议
5.1限制超载车辆过桥。
5.2定期对桥梁进行跟踪检查
6.结论
（1）本次桥梁荷载试验的荷载效率符合《方法》中对基本荷载试验规定的要求，其试验结果可用于桥梁承载能力的评价。（2）通过静动载试验，永和大道跨线桥结构变形规律基本正常，结构整体性较好，实测桥梁刚度要优于理论计算模型的刚度，结构的工作状态良好，结构强度及刚度基本满足设计荷载：汽超-20，验算荷载：挂车-120。由此可见，永和大道跨线桥在力学性能上满足设计和使用要求，可以投入运营。