橋梁檢測(cè)中的靜載試驗(yàn)研究

吳建奇，鄭曉，張婷婷

(1.江西理工大學(xué)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，江西贛州 341000;2.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西贛州 341000; 3.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，濟(jì)南 250101)

橋梁檢測(cè)中的靜載試驗(yàn)研究

吳建奇1，鄭曉2，張婷婷3

(1.江西理工大學(xué)環(huán)境與建筑工程學(xué)院，江西贛州 341000;2.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西贛州 341000; 3.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，濟(jì)南 250101)

橋梁檢測(cè)是保證橋梁安全運(yùn)營(yíng)的重要手段。在所有橋梁檢測(cè)項(xiàng)目中，靜載試驗(yàn)?zāi)軌蛄私鈽蛄簩?shí)際工作狀態(tài)和承載能力，提供直接可靠的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。本文結(jié)合西廠溝橋梁檢測(cè)的實(shí)際案例，著重分析靜載試驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及工況設(shè)置，為以后橋梁檢測(cè)中的靜載試驗(yàn)提供一些參考。

橋梁檢測(cè) 靜載試驗(yàn) 布置方案 工法設(shè)置

1 工程概況

橋梁的靜載試驗(yàn)是將靜荷載作用在橋梁的指定位置，測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、撓度。它是了解橋梁實(shí)際工作狀態(tài)和承載能力的直接手段，能夠掌握一些理論上難以計(jì)算的部位的受力狀態(tài)，判別橋梁的安全承載能力，還能夠發(fā)現(xiàn)一般檢查和檢測(cè)中難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽病害。通過(guò)靜載試驗(yàn)可掌握被檢測(cè)橋跨結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的實(shí)際工作性能，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)做出總體評(píng)價(jià)，為橋梁的維護(hù)、改建、加固提供依據(jù)。

西場(chǎng)溝中橋位于內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗境內(nèi)，為德薩線(德勝西—薩拉齊)上的一座主要橋梁。橋梁全長(zhǎng)52 m，兩跨跨度均為20 m。上部結(jié)構(gòu)為20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下部結(jié)構(gòu)為二柱式墩，肋式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是:①設(shè)計(jì)荷載:公路Ⅱ級(jí)汽車荷載;②橋面寬度:凈9 m+2×0.5 m;③設(shè)計(jì)洪水位100年一遇;④抗震設(shè)防烈度為8度;⑤地質(zhì)情況:典型粉砂土地基。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及目的

作為橋梁結(jié)構(gòu)整體檢測(cè)的一種，靜載試驗(yàn)將靜止的荷載作用在橋梁的指定位置，對(duì)橋梁的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，從而對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力作出評(píng)價(jià)。通過(guò)靜載試驗(yàn):①掌握大橋重要部位在設(shè)計(jì)荷載以及車載作用下的應(yīng)變情況，實(shí)測(cè)控制截面的應(yīng)變分布規(guī)律以及荷載作用下的橋梁變形情況，判斷橋梁的實(shí)際工作狀況是否符合設(shè)計(jì)要求或是否處于正常受力狀態(tài);②通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值的比較，檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，對(duì)橋梁的承載能力及工作狀況做出綜合評(píng)價(jià);③為橋梁維護(hù)、加固和改造提供依據(jù)，指導(dǎo)橋梁的正確使用和養(yǎng)護(hù)、維修。

靜載試驗(yàn)的主要檢測(cè)項(xiàng)目包括以下幾個(gè)方面:①結(jié)構(gòu)控制截面的撓度或變位;②結(jié)構(gòu)控制截面的最大應(yīng)力(應(yīng)變);③結(jié)構(gòu)在偏載作用下的影響系數(shù)。

2.2 檢測(cè)方案

檢測(cè)方案主要包括檢測(cè)孔選擇、靜載布置方案、工況設(shè)置以及測(cè)點(diǎn)布置。檢測(cè)孔的選擇主要綜合考慮以下幾個(gè)條件:①該孔(或墩)計(jì)算受力最不利;②該孔(或墩)施工質(zhì)量較差，缺陷較多或病害較嚴(yán)重;③該孔(或墩)便于搭設(shè)腳手架及設(shè)置測(cè)點(diǎn)或試驗(yàn)時(shí)便于加載。經(jīng)過(guò)綜合考慮，本工程選擇第二孔作為檢測(cè)孔。

2.2.1 靜載布置方案

首先根據(jù)加載原則、橋梁荷載控制斷面的彎矩影響線以及橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定靜載布置方案。靜載布置方案要做到全面、細(xì)致，能夠較好地反應(yīng)橋梁的主要內(nèi)力控制截面的受力情況以及實(shí)際交通狀況。加載原則是靜載布置方案的主要控制標(biāo)準(zhǔn)，《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》中對(duì)加載原則的規(guī)定是:靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.85～1.05，靜力試驗(yàn)荷載的效率系數(shù)為試驗(yàn)彎矩值與設(shè)計(jì)彎矩值之比值。

本文中橋梁檢測(cè)使用的靜載布置方案如圖1所示。靜載布置方案首先要能全面反應(yīng)橋梁在各種靜載情況下的受力情況，圖1(a)，圖1(b)，圖1(c)，圖1 (d)分別反映了橋梁在正載、偏載、左側(cè)行車、右側(cè)行車時(shí)的受力情況;其次要能夠反應(yīng)橋梁主要應(yīng)力集中部位的受力情況，如圖1(e)，圖1(f)即反映了橋梁蓋梁頂部(應(yīng)力主要集中處)的受力情況;再次，靜載布置方案中的荷載必須達(dá)到加載原則的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 靜載布置方案(荷載單位:kN)

2.2.2 工況設(shè)置

根據(jù)靜載布置方案，設(shè)定各種可能工況并進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。

1)工況一采用2臺(tái)300 kN試驗(yàn)加載車進(jìn)行加載，加載階段根據(jù)工況不同分別分為二級(jí)加載，并逐級(jí)卸載回零。該工況為兩個(gè)加載車作用在橋孔的兩個(gè)車道中部，橋梁中心線(即兩車道之間)沒(méi)有荷載，屬正載。各級(jí)加載車位詳見(jiàn)圖2。

2)工況二采用2臺(tái)300 kN試驗(yàn)加載車加載，該工況為一個(gè)荷載車作用在車道中部，一個(gè)荷載車作用在橋梁中心線，屬偏載。加載車位見(jiàn)圖3。

3)工況三采用2臺(tái)300 kN和2臺(tái)200 kN試驗(yàn)加載車加載，兩個(gè)300 kN荷載車作用于兩個(gè)車道中部，兩個(gè)200 kN荷載分別作用于橋梁該孔的2號(hào)臺(tái)和0號(hào)臺(tái)處，這種工況模擬有行車且荷載均勻的情況，屬正載加左右行車。加載車位見(jiàn)圖4。

圖2 工況一加載布置

圖3 工況二加載布置

圖4 工況三加載布置

4)工況四采用2臺(tái)300 kN和2臺(tái)200 kN試驗(yàn)加載車加載，兩個(gè)300 kN荷載一個(gè)作用于車道中部，一個(gè)作用于橋梁中心線;兩個(gè)200 kN荷載分別作用于橋梁該孔的2號(hào)臺(tái)和0號(hào)臺(tái)處，這種工況模擬有行車、且荷載不均勻的情況，屬偏載加左右行車。加載車位見(jiàn)圖5。

圖5 工況四加載布置

2.3 靜載評(píng)定依據(jù)及評(píng)定結(jié)果

2.3.1 評(píng)定依據(jù)

1)校驗(yàn)系數(shù)是評(píng)定結(jié)構(gòu)工作狀況、評(píng)定橋梁承載能力的重要指標(biāo)，校驗(yàn)系數(shù)η等于實(shí)測(cè)值與理論值的比值。一般要求結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η≤1，η值越小結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備越大。η值過(guò)大過(guò)小都應(yīng)該從多方面分析原因。η過(guò)大表明結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度較低，結(jié)構(gòu)各部分連接性差，結(jié)構(gòu)剛度較低等;η過(guò)小表明結(jié)構(gòu)材料實(shí)際強(qiáng)度及彈性模量較高，橋面與主梁共同受力，支座摩阻力對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響有利，結(jié)構(gòu)計(jì)算偏于安全等。

2)相對(duì)殘余變位(或應(yīng)變)越小說(shuō)明結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀況，一般要求相對(duì)殘余應(yīng)變(位移)≤20%。當(dāng)該值>20%時(shí)，應(yīng)查明原因，并在結(jié)構(gòu)評(píng)定時(shí)酌情降低橋梁的承載能力。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果的分析

主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析:①實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值進(jìn)行比較;②分析實(shí)測(cè)撓度最大值是否超出分析值范圍，通過(guò)計(jì)算分析應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)是否滿足要求;③分析撓度殘余值是否滿足要求，從而判別結(jié)構(gòu)恢復(fù)彈性變形的能力。

3 結(jié)論

橋梁檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，要求檢測(cè)方案要盡量模擬真實(shí)荷載情況，檢測(cè)人員具有豐富的檢測(cè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。近年來(lái)我國(guó)在橋梁檢測(cè)、評(píng)估方面逐漸積累豐富資料和經(jīng)驗(yàn)，橋梁工程的重點(diǎn)已逐步向橋梁的檢測(cè)維修與加固方面發(fā)展。

本文結(jié)合工程實(shí)際，討論了橋梁檢測(cè)靜載試驗(yàn)中的荷載布置原則和工況設(shè)計(jì)，并且給出了一些有意義的檢測(cè)準(zhǔn)則和參數(shù)，希望能夠?yàn)橐院蟮臉蛄簷z測(cè)工作提供一些借鑒。

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U446

B

1003-1995(2011)02-0042-03

2010-08-30;

2010-11-05

江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ10485;GJJ09252)

吳建奇(1980—)，男，江西萍鄉(xiāng)人，講師，碩士。

(責(zé)任審編 趙其文)