铁路桥梁工程荷载试验案例分析

摘要：铁路桥梁工程荷载试验，是通过调查和评定桥梁的外观，然后施加试验性荷载，根据试验的结果，了解桥梁在荷载作用下结构的工作状态，譬如结构的承载能力等。本文将以某铁路桥梁为例，对该桥梁布置情况和主要材料进行了解，然后从静荷载和动荷载两个角度进行试验，为铁路桥梁的荷载施工提供更为科学的依据。

关键词：铁路桥梁，工程荷载，试验

一、案例分析

本文以某先简支后连续的预应力混凝土铁路桥梁为例，该桥梁为6跨度，共2联，总长度186.1m，其中主梁与其他梁体之间的距离为2.4m，预制高度为1.8m，地震基本烈度为9度，每个桥孔设置3道中隔板，2道端隔板。桥梁的主要材料为混凝土和钢绞线，其中预制t梁采用c50型混凝土，混凝土弹性模量为3.5×104mpa，容重为26.25kn/m3，线膨胀系数1.0×10-5，泊松比为0.2，桥面铺设的沥青混凝土厚度为10cm；防撞护墙、栏杆、桩基、搭板等采用c25型混凝土，混凝土弹性模量3.25×104mpa，容重为25.5kn/m3，线膨胀系数1.0×10-5，泊松比为0.2；耳背墙、桥墩防护、盖梁、墩柱等采用c30混凝土，混凝土弹性模量3.0×104mpa，容重为25.0kn/m3，线膨胀系数1.0×10-5，泊松比为0.2。桥梁所采用的钢绞丝，直径为 ，松弛率3.5%，热膨胀系数为0.00014，抗拉强度为 ，弹性模量为 。

二、案例铁路工程桥梁荷载试验的方法

结合案例工程铁路桥梁的基本概况，笔者将从静载试验和动载试验两个方面，掌握铁路桥梁结构的应变状态、挠度状态和裂缝状态，从而更加全面地评价铁路桥梁的承载能力，这对于桥梁整体工作性能的判断，具有很大的依据性作用。

（一）静载试验

案例工程铁路桥梁静载试验，采用试验荷载效应理论，并建立有限模型，结合桥梁本身的特点，计算出桥梁横向分布系数，然后根据计算得出荷载试验所需荷载的大小，进行列车的布置，其中计算的内容包括偏载作用下的铁路桥梁横向分布系数和中载作用下的铁路桥梁横向分布系数，计算结果显示后者系数小于前者，因此静载试验只需要检测铁路桥梁的偏载情况。

（1）试验控制截面。对于案例工程的铁路桥梁来说，试验控制截面需要布置应变测点、挠度测点，以及确定建立测试系统的测试仪器和测试设备。首先是布置应变测点，在列车荷载作用下，铁路桥梁桥面将荷载传递到预应力t梁，t梁受到弯剪作用，跨中和支座周围将产生最大的拉应力和剪应，然后分别在桥梁各个跨中位置，设置适量的控制截面应变测点。其次是布置挠度测点，根据案例工程铁路桥梁的结构类型和变形特点，合理布置荷载的工况，本次试验所布置的挠度观测点数量为30个。再次是测试系统建立时测试仪器和测试设备的确定，其中包括多通道静态测试仪器，用于静态应变测量；稳压器，用于稳定测试电压；混凝土回弹仪，用于测定混凝土强度；裂缝刻度放大镜，用于测度裂缝宽度；发电机，用于提供测试电源；屏蔽导线和接口损耗，用于传输数据；百分表，用于测试静挠度；电阻应变片，用于测试应变。

（2）确定试验荷载。结合案例工程铁路桥梁承载力的设计要求，进行桥梁的荷载试验，本次试验结合桥梁边梁受力等效的原则，并综合考虑最大边跨应力和中跨应力的对称性。为了确保试验的有效性，在保持测试截面试验荷载效率系数恒定的情况下，经业主和监理单位现场确认列车总重量、轴重和尺寸后，计算出铁路桥梁各个控制截面的内力影响线和荷载效率，然后根据列车的实际荷载技术指标，得出静载试验的试验工况，其中边跨边梁跨中上缘最大压应力试验荷载效应为3.42mpa，设计荷载效应为3.44mpa，荷载效率为0.994，下缘最小压应力试验荷载效应为8.69mpa，设计荷载效应为8.65mpa，荷载效率为1.005；中跨边缘跨中上缘最大压应力试验荷载效应为1.66mpa，设计荷载效应为1.68mpa，荷载效率为0.988，下缘最小压应力试验荷载效应为10.42mpa，设计荷载效应为10.38mpa，荷载效率为1.004。以上工况的荷载效率均在80%以上，证明试验方案符合设计的有效性要求。

（3）静载试验的结果分析。在建立梁单元计算模型的基础上，得出测点应力的结果和测点挠度的结果。试验结果显示测点的拉应力为正，压应力为负；测点向下挠度为正，向上挠度为负。通过静载试验的结果，对桥梁强度、刚度、铺装层对校验系数影响等进行分析，其中桥梁强度满足设计要求，而且结构状况良好，没有任何开裂迹象；桥梁刚度存在两方面的误差，一方面是个别测点数值偏差较大，而且随着温度的变化，试验结果也会受到一定的影响，另一方面是简化计算模型之后，由于缺乏对桥面铺装层影响的考虑，忽略了桥梁的整体作用，使得材料性能指标的取值，与实际存在较为明显的偏差；桥梁铺装层对校验系数的影响，桥面铺装时的应变校验系数，大于没有铺装层时0.1左右，挠度校验系数大于没有铺装层时0.2左右，说明铺装层对桥梁受力具有明显的影响，试验时需要考虑在内。

（二）动载试验

案例工程铁路桥梁的动载试验目的，旨在提供铁路桥梁动力反应分析的依据，结合案例铁路桥梁列车的静止和慢速移动情况，监测桥梁跨中反应，利用环境随机激振法，进行动载的试验。

（1）动载试验的仪器。鉴于大地脉冲的微弱性，要求动载试验的测试仪器设备具备较高的灵敏度和精确度，以及具备较强的抗干扰能力。本次动载试验所采用的仪器设备，包括日本teac公司的710型加速度传感器、日本teac公司多通道放大器、中国优采公司多通道数据采集仪、美国ibm公司计算机、美国惠普公司动态信号分析仪等。

（2）布置测点。案例工程铁路桥梁的动载试验测点分别为各跨中垂直测点1个、跨中附近水平测点1个、跨中附近垂直测点12个，其中需要重点测试的水平测点，因为这些测定对桥梁结垂直方向动力和横向动力具有较大的影响。

（3）动载试验结果分析。本次的动载试验，分别空载试验、卸载后试验、动力特性自振时程试验，其中空载实验前实测值和计算值分别为5.68fdi和4.12fni，试验后实测值和计算值分别为4.80fdi和4.12fni，推算出垂直向基本自振频率的实测值和计算值分别为3.74fid和3.09fni。根据计算的结果，表明桥梁总体刚度较好，没有开裂的迹象，但由于桥梁在试验荷载作用下，存在轻微的残余应力，可见桥梁自振频率呈下降趋势。另外桥梁强度、刚度、结构开裂等皆满足设计要求。

三、结束语

综上所述，铁路桥梁荷载是施工的基本条件之一，为了研究桥梁静载和动载的情况，本文以某铁路桥梁工程为例，结合案例工程铁路桥梁的基本概况，笔者将从静载试验和动载试验两个方面，掌握铁路桥梁结构的应变状态、挠度状态和裂缝状态，从而更加全面地评价铁路桥梁的承载能力，这对于桥梁整体工作性能的判断，具有很大的依据性作用。

参考文献

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