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摘要：荷载试验是新建桥梁鉴定验收的重要手段。本文阐述了红毛里2号大桥荷载试验的目的、加载方案设计、测点布置及测试成果，通过静动载试验研究，鉴定该桥的实际承载能力、结构刚度、动力特性是否满足设计要求，为大桥的运营和养护提供基础数据。
关键词：荷载试验、承载能力、结构刚度、动力特性
1 大桥概况
福建省罗宁高速公路改造工程罗源段红毛里2号大桥连续刚构桥桥址地处丘陵区，地形起伏较大，高差约80 米，植被稍发育，桥台地形坡度10-20度，场地上部覆盖人工堆积层和冲洪层及残坡积层，下伏燕山早期花岗岩和辉绿岩，桥位区的地下水类型主要为冲洪积层和残坡积层的孔隙潜水及风化岩中的网状孔隙裂隙水，主要接受大气降水的补给，富水性较差，水量较小。
主桥平面位于缓和曲线及直线上，采用跨径（40+70+40）m的预应力混凝土连续刚构箱梁，采用悬臂浇筑法施工。
上部构造为变截面单箱单室，垂直腹板。单箱顶宽12m，底宽6.8m，翼缘板长2.6m，支点处梁高4.2m，跨中梁高2.0m，箱梁自根部至跨中梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板变厚度60cm（支点）～40cm（跨中），底板变厚度60cm（支点）～28cm（跨中），顶板厚度25cm，支点横隔板宽2m，跨中横隔板宽0.3m。箱梁顶面设2%单向横坡，腹板上方设通气孔。
箱梁采用三向预应力体系：纵向预应力钢束采用平、竖弯相结合的方式布置，两端张拉；横向预应力钢束以直线形式布置于顶板上缘，一端采用固定锚预埋于翼缘板，在另一端张拉；竖向预应力钢束以直线形式布置于腹板中，下端预埋，在箱梁顶面张拉。
主桥主墩下部构造采用钢筋混凝土矩形薄壁墩身、单排桩基础，墩宽1.5m、桩径2.4m，过渡墩采用双柱式桥墩，均采用钻孔灌注桩基础。
试验时，中跨合龙段的挂篮未拆除，据施工方介绍，挂篮重约45t。
2 荷载试验目的
基于新桥鉴定验收这一根本目的，本次荷载试验力求达到如下具体目的：
（1）通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符。
（2）通过测定桥跨结构的自振特性以及在试验动荷载作用下桥跨结构的动力响应，拟评定实际结构的动力性能。
（3）通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构做出总体评价，为交工验收提供技术依据。
3 静载试验加载方案设计
根据静载试验的加载原则和现场情况，本次静载试验分别选取边跨（1#墩～2#墩）、中跨（2#墩～3#墩）作为试验跨。工况确定如下：
工况Ⅰ：检验边跨跨中截面（1#截面）在最不利汽车荷载(分中载和偏载两种工况)作用下的最大正弯矩效应；
工况Ⅱ：检验中跨跨中截面（3#截面）在最不利汽车荷载(分中载和偏载两种工况)作用下的最大正弯矩效应；
工况Ⅲ：检验2号墩顶截面（2#截面）在最不利汽车荷载作用下的最大负弯矩效应。
表1试验工况荷载效应
工况Ⅰ的加载车辆布置如图3所示，限于篇幅，其他工况的车辆布置在此不一一列出。加载前，对每辆试验车辆进行称重，并记录每台车辆各个轴重。
4测点布置
4.1 应变测点布置
在桥轴线方向，每个控制截面都是应变测试截面，采用在混凝土表面粘贴标距为150mm的钢弦应变计，匹配有应变测试仪进行测量，该应变计还可同时记录试验时各测点的温度，这对于准确结构分析是非常有用的。1号控制截面应变计布置情况如图4所示，由于篇幅限制，其它控制截面的应变计布置在此不一一列出。由于中跨跨中处挂篮未拆除，应变测量截面与之偏离4.5m。
4.2 挠度测点布置
在各试验跨L/2、L/4、3L/4及各支座截面，在试验跨的相邻跨的L/2和支座截面布置挠度测点，左右两侧对称布置，如图5所示。挠度测试主要采用高精密水准仪进行，选取不受荷载影响的稳定的后视点。采用精密水准仪进行测试。
5 静载试验成果与分析
由于该桥试验工况较多，限于篇幅，本文仅列出工况Ⅰ的数据进行分析。
该桥在加载工况Ⅰ下實测挠度数据(取左右两测平均值，并消除支座影响后，单位mm)以及经换算的校验系数如表2所示，表中挠度以向下为正，向上为负。从实测数据来看，校验系数基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求的0.6～1.0的范围。相对残余也小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的最大值0.20。挠度测试结果均小于理论计算值，说明结构处于良好的线弹性状态，整体刚度满足设计荷载（公路-Ⅰ级）要求。
表2-1 工况I中载挠度表（mm）
主梁在加载工况Ⅰ下的应变数据如表3所示，应变以拉应变为正，压应变为负。根据测量结果，工况Ⅰ主梁应变校验系数基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》的要求（即介于0.5-0.9之间）。各工况下卸载后的相对残余均小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的0.20，由图5 可知各控制截面在荷载作用下应力沿高度符合线性分布，基本满足平截面假定，因此结构属于正常的线弹性工作状态。
表3-1 工况I中载下1#截面应变表(με)
试验过程中及试验后，对关键截面的底板、腹板进行仔细检查，未发现梁体出现裂缝。
6 动载试验
6.1 原理及测点布置
941拾振器可分别测出结构的振动加速度和振动位移（实为相对振幅）。加速度或位移振动信号由941型拾振器拾取，经相应的放大器放大后，进入北京东方所生产的INV306振动分析仪的数采装置直接进行采集并记录，并可实时在笔记本电脑上观察采集的时程曲线。动力测点布置示意图如图6所示。全桥共需竖向拾振器5个、水平拾振器4个。
6.2动载试验成果与分析
限于篇幅，本文只列出自振特性和模态阻尼比成果及分析数据。
本桥采用自由振动（跳车试验）的测试方法进行试验。图7为实测一阶竖向自振频谱图，图8为识别模态阻尼比的自由衰减振动信号图。试验数据表明梁体的一阶竖向自振频率为2.125 Hz，大于理论计算值1.921，说明实际的动刚度比计算动刚度大。同时，从结构自由衰减振动信号还可得出结构模态阻尼比，识别模态阻尼比的方法是对数衰减率法，识别结果约为6.9％。
7 荷载试验结论
7.1结论
（1）对各控制截面内力所施加荷载的荷载效率系数在0.80－1.05之间，说明试验荷载能够反映设计荷载对结构的作用，试验结果有效。
（2）《公路桥梁承载能力检测评定规程》中规定的标准计算活载下钢筋混凝土与预应力混凝土桥主梁跨中挠度限值为L/600，即70000/600=116.7mm，本桥满载时跨中截面的最大挠
度为11.11mm，远小于限值，说明试验跨桥跨结构的竖向刚度满足设计荷载（公路-Ⅰ级）要求。
（3）《公路桥梁承载能力检测评定规程》中给出的预应力混凝土桥挠度校验系数的常值范围为0.60～1.00，应变（应力）校验系数的常值范围为0.50～0.90。满载时各工况下挠度测点校验系数在常值范围之内。故3个试验截面的承载能力均能够满足设计荷载要求。
（4）《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定，主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于0.20，实测数据换算结果表明实测相对残余应变符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的范围内。各工况下截面受力符合平截面假定，结构属于良好的弹性状态。
（5）实测结构的一阶竖向自振频率为2.125 Hz，大于理论计算值1.921，说明实际的动刚度比计算动刚度大，一阶模态阻尼比约为6.9％，与一般桥梁结构临界阻尼比1.0％～10％接近，属正常范围。
综上所述，福建省罗宁高速公路改造工程罗源段红毛里2号大桥在试验荷载作用下整体工作性能良好，处于弹性工作状态，结构刚度、承载能力满足设计要求，各项检测指标基本满足规范要求。因此大桥基本满足设计荷载标准（公路-Ⅰ级）要求，结构验收荷载试验合格，可以交付运营。建议有关管理部门加强对该桥的养护管理和定期观测检查。
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关键词：荷载试验、承载能力、结构刚度、动力特性
1 大桥概况
福建省罗宁高速公路改造工程罗源段红毛里2号大桥连续刚构桥桥址地处丘陵区，地形起伏较大，高差约80 米，植被稍发育，桥台地形坡度10-20度，场地上部覆盖人工堆积层和冲洪层及残坡积层，下伏燕山早期花岗岩和辉绿岩，桥位区的地下水类型主要为冲洪积层和残坡积层的孔隙潜水及风化岩中的网状孔隙裂隙水，主要接受大气降水的补给，富水性较差，水量较小。
主桥平面位于缓和曲线及直线上，采用跨径（40+70+40）m的预应力混凝土连续刚构箱梁，采用悬臂浇筑法施工。
上部构造为变截面单箱单室，垂直腹板。单箱顶宽12m，底宽6.8m，翼缘板长2.6m，支点处梁高4.2m，跨中梁高2.0m，箱梁自根部至跨中梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板变厚度60cm（支点）～40cm（跨中），底板变厚度60cm（支点）～28cm（跨中），顶板厚度25cm，支点横隔板宽2m，跨中横隔板宽0.3m。箱梁顶面设2%单向横坡，腹板上方设通气孔。
箱梁采用三向预应力体系：纵向预应力钢束采用平、竖弯相结合的方式布置，两端张拉；横向预应力钢束以直线形式布置于顶板上缘，一端采用固定锚预埋于翼缘板，在另一端张拉；竖向预应力钢束以直线形式布置于腹板中，下端预埋，在箱梁顶面张拉。
主桥主墩下部构造采用钢筋混凝土矩形薄壁墩身、单排桩基础，墩宽1.5m、桩径2.4m，过渡墩采用双柱式桥墩，均采用钻孔灌注桩基础。
试验时，中跨合龙段的挂篮未拆除，据施工方介绍，挂篮重约45t。
2 荷载试验目的
基于新桥鉴定验收这一根本目的，本次荷载试验力求达到如下具体目的：
（1）通过测定桥跨结构在试验荷载作用下的控制截面应力和挠度，并与理论计算值比较，检验实际结构控制截面应力与挠度值是否与设计要求相符。
（2）通过测定桥跨结构的自振特性以及在试验动荷载作用下桥跨结构的动力响应，拟评定实际结构的动力性能。
（3）通过现场加载试验以及对试验观测数据和试验现象的综合分析，对实际结构做出总体评价，为交工验收提供技术依据。
3 静载试验加载方案设计
根据静载试验的加载原则和现场情况，本次静载试验分别选取边跨（1#墩～2#墩）、中跨（2#墩～3#墩）作为试验跨。工况确定如下：
工况Ⅰ：检验边跨跨中截面（1#截面）在最不利汽车荷载(分中载和偏载两种工况)作用下的最大正弯矩效应；
工况Ⅱ：检验中跨跨中截面（3#截面）在最不利汽车荷载(分中载和偏载两种工况)作用下的最大正弯矩效应；
工况Ⅲ：检验2号墩顶截面（2#截面）在最不利汽车荷载作用下的最大负弯矩效应。
表1试验工况荷载效应
工况Ⅰ的加载车辆布置如图3所示，限于篇幅，其他工况的车辆布置在此不一一列出。加载前，对每辆试验车辆进行称重，并记录每台车辆各个轴重。
4测点布置
4.1 应变测点布置
在桥轴线方向，每个控制截面都是应变测试截面，采用在混凝土表面粘贴标距为150mm的钢弦应变计，匹配有应变测试仪进行测量，该应变计还可同时记录试验时各测点的温度，这对于准确结构分析是非常有用的。1号控制截面应变计布置情况如图4所示，由于篇幅限制，其它控制截面的应变计布置在此不一一列出。由于中跨跨中处挂篮未拆除，应变测量截面与之偏离4.5m。
4.2 挠度测点布置
在各试验跨L/2、L/4、3L/4及各支座截面，在试验跨的相邻跨的L/2和支座截面布置挠度测点，左右两侧对称布置，如图5所示。挠度测试主要采用高精密水准仪进行，选取不受荷载影响的稳定的后视点。采用精密水准仪进行测试。
5 静载试验成果与分析
由于该桥试验工况较多，限于篇幅，本文仅列出工况Ⅰ的数据进行分析。
该桥在加载工况Ⅰ下實测挠度数据(取左右两测平均值，并消除支座影响后，单位mm)以及经换算的校验系数如表2所示，表中挠度以向下为正，向上为负。从实测数据来看，校验系数基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》要求的0.6～1.0的范围。相对残余也小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的最大值0.20。挠度测试结果均小于理论计算值，说明结构处于良好的线弹性状态，整体刚度满足设计荷载（公路-Ⅰ级）要求。
表2-1 工况I中载挠度表（mm）
主梁在加载工况Ⅰ下的应变数据如表3所示，应变以拉应变为正，压应变为负。根据测量结果，工况Ⅰ主梁应变校验系数基本满足《公路桥梁承载能力检测评定规程》的要求（即介于0.5-0.9之间）。各工况下卸载后的相对残余均小于《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的0.20，由图5 可知各控制截面在荷载作用下应力沿高度符合线性分布，基本满足平截面假定，因此结构属于正常的线弹性工作状态。
表3-1 工况I中载下1#截面应变表(με)
试验过程中及试验后，对关键截面的底板、腹板进行仔细检查，未发现梁体出现裂缝。
6 动载试验
6.1 原理及测点布置
941拾振器可分别测出结构的振动加速度和振动位移（实为相对振幅）。加速度或位移振动信号由941型拾振器拾取，经相应的放大器放大后，进入北京东方所生产的INV306振动分析仪的数采装置直接进行采集并记录，并可实时在笔记本电脑上观察采集的时程曲线。动力测点布置示意图如图6所示。全桥共需竖向拾振器5个、水平拾振器4个。
6.2动载试验成果与分析
限于篇幅，本文只列出自振特性和模态阻尼比成果及分析数据。
本桥采用自由振动（跳车试验）的测试方法进行试验。图7为实测一阶竖向自振频谱图，图8为识别模态阻尼比的自由衰减振动信号图。试验数据表明梁体的一阶竖向自振频率为2.125 Hz，大于理论计算值1.921，说明实际的动刚度比计算动刚度大。同时，从结构自由衰减振动信号还可得出结构模态阻尼比，识别模态阻尼比的方法是对数衰减率法，识别结果约为6.9％。
7 荷载试验结论
7.1结论
（1）对各控制截面内力所施加荷载的荷载效率系数在0.80－1.05之间，说明试验荷载能够反映设计荷载对结构的作用，试验结果有效。
（2）《公路桥梁承载能力检测评定规程》中规定的标准计算活载下钢筋混凝土与预应力混凝土桥主梁跨中挠度限值为L/600，即70000/600=116.7mm，本桥满载时跨中截面的最大挠
度为11.11mm，远小于限值，说明试验跨桥跨结构的竖向刚度满足设计荷载（公路-Ⅰ级）要求。
（3）《公路桥梁承载能力检测评定规程》中给出的预应力混凝土桥挠度校验系数的常值范围为0.60～1.00，应变（应力）校验系数的常值范围为0.50～0.90。满载时各工况下挠度测点校验系数在常值范围之内。故3个试验截面的承载能力均能够满足设计荷载要求。
（4）《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定，主要控制测点的相对残余应变和相对残余挠度不大于0.20，实测数据换算结果表明实测相对残余应变符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定的范围内。各工况下截面受力符合平截面假定，结构属于良好的弹性状态。
（5）实测结构的一阶竖向自振频率为2.125 Hz，大于理论计算值1.921，说明实际的动刚度比计算动刚度大，一阶模态阻尼比约为6.9％，与一般桥梁结构临界阻尼比1.0％～10％接近，属正常范围。
综上所述，福建省罗宁高速公路改造工程罗源段红毛里2号大桥在试验荷载作用下整体工作性能良好，处于弹性工作状态，结构刚度、承载能力满足设计要求，各项检测指标基本满足规范要求。因此大桥基本满足设计荷载标准（公路-Ⅰ级）要求，结构验收荷载试验合格，可以交付运营。建议有关管理部门加强对该桥的养护管理和定期观测检查。
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