橋梁檢測中的靜載試驗(yàn)分析

劉飛民

摘 要：結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)是橋梁檢測中基礎(chǔ)技術(shù)，也是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行直接測試的主要用方法，而靜力荷載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)的一種。文章以A橋梁為例，簡要闡述了A橋梁檢測中的靜力荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，并對(duì)A橋梁檢測中的靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：橋梁;靜載試驗(yàn);承載能力

前言：

橋梁靜力荷載試驗(yàn)是一種可直觀評(píng)定橋梁承載能力的手段，通過若干個(gè)測點(diǎn)的布置，可全面剖析橋梁結(jié)構(gòu)受力情況，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)而判定橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性。對(duì)于多數(shù)中跨徑特別是大跨徑的橋梁而言，通過靜力荷載試驗(yàn)，可以綜合、具體檢定橋梁工程質(zhì)量可靠性?；诖?，對(duì)橋梁檢測中的靜力荷載試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)分析非常必要。

一、橋梁檢測項(xiàng)目概述

A橋梁橋跨結(jié)構(gòu)為6*20m簡支連續(xù)箱梁，寬度為（0.70+11.00+0.70m），設(shè)計(jì)為雙車道。該橋梁橫向是在4片主梁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的11.0cm厚一體化混凝土現(xiàn)澆（預(yù)制箱梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為C50），下部結(jié)構(gòu)包括柱式墩、肋板臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)幾個(gè)部分。A橋梁于2008年正式建成通車，設(shè)計(jì)荷載為公路-I級(jí)。

二、橋梁檢測中的靜載試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查

橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查，可以為橋梁靜力荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供客觀、合理參考，保證靜力荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)的周密合理性。因此，在靜力荷載試驗(yàn)設(shè)計(jì)前，需要搜集與A橋梁橋跨結(jié)構(gòu)相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算書、作為設(shè)計(jì)依據(jù)的有關(guān)技術(shù)資料、變更設(shè)計(jì)資料及監(jiān)理日志、施工日志、施工觀測記錄、分部分項(xiàng)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、材料性能試驗(yàn)報(bào)告、工程質(zhì)量事故檢查等資料，從裂縫寬度及其他主要控制測點(diǎn)表觀病害等入手，對(duì)A橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查[1]。

通過對(duì)A橋梁表觀病害進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)A橋梁預(yù)制梁總體表觀狀況良好，表面較為平滑，且沒有較為明顯的受力裂縫。

2、測試項(xiàng)目設(shè)計(jì)

A橋梁檢測中的靜力荷載試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括主梁控制截面在試驗(yàn)荷載下的應(yīng)力、主梁控制截面在試驗(yàn)載荷下的最大撓度兩個(gè)方面內(nèi)容[2]。其中應(yīng)力可以衡量A橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要在A橋梁現(xiàn)澆混凝土表面進(jìn)行表面應(yīng)變計(jì)安裝，并配置筆記本電腦、自動(dòng)采集系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;而最大撓度可以有效判定A橋梁整體結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度，主要利用智能位移計(jì)進(jìn)行測量。A橋梁靜力荷載試驗(yàn)加載控制截面位置主要包括第一跨跨中附近位置、第一跨內(nèi)支點(diǎn)截面、第二跨跨中截面等，控制效應(yīng)主要為最大正彎矩效應(yīng)、最大負(fù)彎矩效應(yīng)。

3、控制荷載確定

A橋梁檢測中的靜力控制荷載的確定主要是根據(jù)荷載等級(jí)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的荷載效應(yīng)控制值，促使控制截面在內(nèi)力、位移、變形方面產(chǎn)生最不利荷載效應(yīng)。確定靜載試驗(yàn)荷載大小、加載位置主要采用靜力荷載試驗(yàn)效率ηq控制，ηq計(jì)算公式如下：

上述式子中為沖擊系數(shù)，St為靜力荷載試驗(yàn)作用下某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面位移變化、應(yīng)力的最大計(jì)算效應(yīng)值;S為試驗(yàn)控制載荷下，所產(chǎn)生的同一加載控制截面應(yīng)力、或者位置變化所產(chǎn)生的最不利效應(yīng)值。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)載荷所產(chǎn)生內(nèi)力最不利效應(yīng)值，可得出該橋梁加載效率取值偏大，在[0.85，1.05]之間。

在靜力荷載試驗(yàn)效率ηq確定后，可以對(duì)應(yīng)力撓度校驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)力撓度校驗(yàn)系數(shù)為試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測應(yīng)變值與試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算應(yīng)變值的比值，其數(shù)值大小與橋梁結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備、承載能力呈負(fù)相關(guān)，一般小于等于1。

4、測點(diǎn)及加載程序設(shè)計(jì)

根據(jù)A橋梁受力特點(diǎn)，在活荷載作用下A橋梁主要以主梁承受彎矩、剪切力、吊桿承受拉力。因此，為了恰當(dāng)評(píng)定A橋梁強(qiáng)度、剛度，可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合規(guī)范要求，在大型有限元軟件MIDAS中，進(jìn)行空間模型構(gòu)建，計(jì)算A橋梁主梁控制截面在設(shè)計(jì)荷載作用下可以產(chǎn)生的最不利內(nèi)力組合及相關(guān)截面內(nèi)力影響線（單位移動(dòng)荷載作用下內(nèi)力變化規(guī)律的圖形）[3]。在獲得內(nèi)力影響線之后，利用內(nèi)力影響線，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行最不利荷載分析。在A橋梁最不利工況下，為了更好的分析A橋梁最不利受力部位撓度及應(yīng)力，除了在縱梁跨中截面布置測點(diǎn)外，還可以在L/4、3/8L、3/4L及肋板臺(tái)進(jìn)行測點(diǎn)布置。即對(duì)梁跨中截面最大正彎矩（按截面第一跨L/2周邊最大正彎矩效應(yīng)縱橋向二排車、橫橋向兩列車中載布載）、偏載情況下跨中截面正彎矩（按截面第一跨內(nèi)支點(diǎn)周邊最大正彎矩效應(yīng)縱橋向兩排車、橫橋向兩列車中載布載）、1/4截面最大正彎矩、3/8截面最大正彎矩、肋板臺(tái)最大負(fù)彎矩進(jìn)行逐一計(jì)算。

在測點(diǎn)布置方位確定后，為了更加準(zhǔn)確的獲得A橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變?yōu)殛P(guān)系的連續(xù)曲線，降低結(jié)構(gòu)以外損傷風(fēng)險(xiǎn)，可以針對(duì)不同項(xiàng)目，分別依據(jù)二級(jí)加載、二級(jí)卸零方式，對(duì)A橋梁同一主梁截面試驗(yàn)進(jìn)行先偏載后滿載最后卸零操作。同時(shí)對(duì)主跨跨中截面加載工況進(jìn)行重復(fù)加載，并根據(jù)A橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，選擇主橋的半結(jié)構(gòu)，開展加載試驗(yàn)。根據(jù)A橋梁現(xiàn)場加載設(shè)備運(yùn)行情況，在A橋梁靜力荷載試驗(yàn)時(shí)主要采用三輛載重均為350.0kN的三軸汽車，其前軸重為70kN，中軸重為140.0kN，后軸重為140.0kN，前軸與中軸間距離為4.00m，中軸與后軸間距離為1.35m，輪胎間距為1.80m。

在整個(gè)加載工況中，設(shè)計(jì)彎矩、試驗(yàn)彎矩及靜力荷載試驗(yàn)效率均有所差別。以梁跨中截面最大正彎矩為例，設(shè)計(jì)彎矩為900.23kN·m，試驗(yàn)彎矩為905.68kN·m，靜力荷載試驗(yàn)效率為1.02;而肋板臺(tái)最大負(fù)彎矩設(shè)計(jì)彎矩為-1356.24kN·m，試驗(yàn)彎矩為-1426.14kN·m，試驗(yàn)效率為0.98。

三、橋梁檢測中的靜載試驗(yàn)實(shí)施

根據(jù)上述操作，對(duì)A橋梁主梁控制截面B的最大撓度及應(yīng)力進(jìn)行測試，得出結(jié)果如下：

由表1可知，A橋梁個(gè)別梁、個(gè)別測點(diǎn)實(shí)際測量值均小于理論值，表明A橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載能力、剛度可以滿足公路I級(jí)荷載等級(jí)要求。同時(shí)通過對(duì)不同工況試驗(yàn)殘余變形進(jìn)行分析，A橋梁各工況相對(duì)殘余應(yīng)變?cè)?0.0%以內(nèi)，卸載后各測點(diǎn)可讀數(shù)值可以順利歸零，試驗(yàn)殘余變形較小，且結(jié)構(gòu)仍然處于彈性運(yùn)作狀態(tài)，試驗(yàn)荷載下沒有觀測到新的裂縫發(fā)展。

總結(jié)：

綜上所述，靜力荷載試驗(yàn)在橋梁檢測評(píng)估中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，也是評(píng)定橋梁力學(xué)性能是否可以滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)要求的有效方法。因此，在橋梁檢測中，應(yīng)根據(jù)前期調(diào)查所得的橋梁表觀病害，確定靜載試驗(yàn)項(xiàng)目。并進(jìn)行控制截面及加載程序的合理設(shè)計(jì)，保障橋梁檢測中的靜力荷載試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度。

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