研究分析连续钢构铁路桥的静载试验检测
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摘要：文章对连续钢构铁路桥进行静载试验检测，通过对应变、挠度测试和分析，检测在试验荷载作用下桥跨结构的静力性能，确定其是否能满足安全可靠投入运营的条件。试验结果表明: 该桥具有相应的整体强度和刚度, 承载能力能够满足设计规范及正常营运要求。并且提出了一些建议。
中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：
桥梁静载试验，主要是通过在静力试验荷载作用下测量桥跨结构的变形和应力情况, 来检验桥梁结构的刚度、强度等实用性能, 也是判断桥跨结构实际工作情况最有效、最直接的方法。本文通过采用等效加载车辆的方法对连续钢构铁路桥进行加载试验, 流程包括加载车辆选用、加载方法、工况、测点布置等。了解了桥跨结构的静力性能, 检测了桥跨重要截面处钢筋混和凝土的应力分布情况;桥跨重要位置处的应力、挠度，梁体新生裂纹和已有裂纹的分布、趋势与扩展情况。根据桥梁专用软件Midas/civil7.41进行模拟并建立全桥模型, 计算得出理论值，与在试验现场取得详细的观测数据进行对比分析。判断连续钢构铁路桥满足设计要求，可以安全可靠的投入正常运营。
一、试验对象
该桥为一联钢筋混凝土连续钢构双线铁路桥，跨径布置为16m+20m+20m+16m。挖井基础，梁体采用T形截面，12.13m宽的梁顶，9.86m宽的梁底，0.93m等高伞梁。42cm厚的翼缘板根部，11cm厚的边缘。墩身为矩形裁面。梁墩结合处的梗胁长153cm、高56cm。钢筋采用HRB335及Q235钢筋。连续钢构基础采用C25混凝土，墩身和梁部都采用C40混凝土。
二、静载试验加载方案
1、选择加载车辆
结合现场实际情况，选用两辆DF4型内燃机做车头进行双线加载。
2、加载方式及加载工况
根据荷载布置方式不同检测截面处的最大反应也不同的规律及试验荷载、设计荷载的计算结果，结合桥梁实际使用荷载情况，选择四种最不利荷载工况进行桥梁结构的静载试验：
工况l：观测、记录支点钢筋最大拉应力、混凝土最大压应力、裂缝分布情况。对支点施行最大负弯矩加载。
工况2：观测、记录跨中纵应力和挠度、钢筋最大拉应力、混凝土最大压应力、裂缝分布、扩展情况。对跨中截面最大正弯矩加载。
工况3：支点截面最大剪力加载。观测、记录支点截面剪应力、裂缝分布、扩展情况。
工况4：观测、记录四分之一跨截面剪应力、裂缝分布、扩展情况及规律。对四分之一跨截面最大剪力加载。
3、试验项目：
（1）在试验荷载下该桥T梁的挠度、应变检测。
（2）在试验荷载下该桥支座的应变和沉降检测。
4、选择、布置测点
考虑连续钢构铁路桥的使用荷载特点及现场实际情况。作测点布置,选第三跨的支点、跨中和四分之一跨作为检测控制截面。
（1）测试应变、位移时,在支点、跨中、四分之一跨截面上分别布置电测位移计。
（2）利用百分表进行挠度、变形测试时，在跨中、支点、四分之一截面处各设1个挠度测点。
三、荷载试验程序
1、加载试验准备阶段：检测仪器、设备的灵敏度和可靠性，现场进行设备校验。
2、加载阶段：按照以上四种工况次序进行连续钢构铁路桥的静载试验。加载时不仅要观测应变、挠曲变形、裂缝分布、发展情况，更要加强监控，一旦发现任何测量部位发生异常情况：如结构挠曲变形不正常、在荷载未达到预计的最大试验荷载前，试验结构检测部位的应变和位移提前达到或超过对应的理论值或设计允许值、出现裂缝较大并迅速发展时要即刻停止加载，立即报告现场试验总指挥。确保测点布置网所列编号和记录数据的编号一样。
3、荷载施加完成阶段，试验车辆行到达规定位置后，要求立刻关闭发动机。确保在线监控观测点典型部位的应变、挠度、位移数据及裂纹情况，等所有数据稳定后，认真、准确、及时的记录数据。再进行下一个工况的静载试验，各试验工况间间隔时间15分钟，依次完成数据的采集工作。之后数据记录人员对所记录结果进行实时分析对比。
4、采用专用桥梁结构分析软件Midas/civil7.41以全桥为分析对象，根据设计图纸提供的数据资料进行建模并计算在各工况下相应检测位置荷载的理论计算值。
四、研究分析静载试验结果
1、试验检测结果
2、结果分析
混凝土最大压应力为3.63MPa，小于规范的16.2MPa，校验系数为0.52，在铁路桥梁规范通常值（0.45~0.55）之间；钢筋最大拉应力为84.61MPa小于规范的180MPa，校验系数为0.60，在铁路桥梁检测规范通常值（0.55~0.65）之间；截面最大剪应力值0.71MPa不大于铁路桥梁检测规值1.34MPa；跨中截面梁底最大挠度值为2.95mm，小于规范竖向挠跨比通常值8.45mm，跨中挠度校验系数均在规范通常值（0.55~0.65）之间。说明该桥梁的强度、强度条件均满足设计规范及使用要求。
3、观测桥梁裂缝分布情况
在各工况加载试验前后都没有发现新裂缝出现。由于该桥为钢筋混凝土连续钢构双线铁路桥，采用钢筋混凝土结构,不能由此判断桥梁还存在一定的承载能力。根据现场各点实测挠度值、应力值与计算出的理论值对比可以看出, 在最不利工况条件下该桥梁结构已达到最大承载能力。
4、根据公路旧桥承载能力鉴定方法的规定：当最大残余应变量为最大应变量的20%以下时, 桥梁处于弹性受力状态。桥梁卸载后，最大残余应变仅为最大荷载作用下变形的5.19%，残余应变很小，应力回零情况良好，证明该桥在工作时处于弹性受力状态, 工作状态较好。
五、 检测分析建议
通过对连续钢构铁路桥的静载试验各项控制指标和数据结果进行分析, 提出以下建议:
1、在四种工况下各个测点的应力校验系数能够满足国家设计规范要求, 但是对重要试验检测截面, 当加载到最大荷载工况时，校验系数大多接近规范限值，说明安全储备不大。
2、对挠度测试数进行分析，结果表明,桥梁的校验系数同样可以满足国家设计规范要求, 但在最大荷载工况时, 部分检验系数已超出规范限值要求。这表明, 在最不利工况条件下该桥梁结构已达到最大承载能力, 进一步的增加荷载可能会损坏桥梁结构。
3、该桥富余承载能力已经不大, 要保证以后本桥能够安全正常地运营，就要考虑提高桥梁的设计荷载等级, 建议采取加固技术措施。
参考文献：
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。