高速公路橋梁靜載試驗(yàn)檢測技術(shù)分析

摘? 要：橋梁結(jié)構(gòu)作為橋梁生命線工程，保證其結(jié)構(gòu)安全使用是橋梁工程建設(shè)的重中之重。研究表明在車輛荷載和自然因素長期作用下，會(huì)導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)損傷，使結(jié)構(gòu)整體剛度下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)局部或整體失穩(wěn)等問題。為及時(shí)掌握橋梁健康狀態(tài)，必須定期對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性檢測和評(píng)定。靜載試驗(yàn)作為一種高效、靈活、精度高的檢測技術(shù)，目前在橋梁工程檢測中得到了廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合具體工程案例，對(duì)高速公路橋梁靜載試驗(yàn)檢測技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析與探討，以期為類似橋梁工程檢測提供借鑒。

關(guān)鍵詞：靜載試驗(yàn);工程概況;加載

中圖分類號(hào)：TU312? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）02-0000-00

1工程概況

本文以高速公路某橋梁工程為例，全長520 m，橋梁上部為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)T梁結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)采用U型重力式擴(kuò)大基礎(chǔ)，全橋橋墩數(shù)量16個(gè)，橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ)。選擇橋墩最高的第4跨進(jìn)行加載試驗(yàn)。具體位置如表1所示。

2靜載試驗(yàn)研究

2.1試驗(yàn)加載車輛

靜載試驗(yàn)采用載重汽車加載，按照橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)，以最不利荷載計(jì)算控制斷面處控制內(nèi)力，并結(jié)合使用車輛技術(shù)參數(shù)，對(duì)等代加載荷載進(jìn)行計(jì)算與控制[1]。

2.2試驗(yàn)測試儀器

橋梁靜載試驗(yàn)測試儀器主要包括2大類，即靜態(tài)應(yīng)變儀和水準(zhǔn)儀，根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇設(shè)備儀器的規(guī)格型號(hào)和數(shù)量，保證儀器全部在標(biāo)定有效期內(nèi)，同時(shí)設(shè)備無故障，不影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3試驗(yàn)測點(diǎn)布設(shè)

（1）應(yīng)變測點(diǎn)。在試驗(yàn)截面進(jìn)行應(yīng)力測點(diǎn)布設(shè)，共設(shè)測點(diǎn)14個(gè)，截面底緣測點(diǎn)8個(gè)，與底緣相距50 cm位置測點(diǎn)6個(gè)。

（2）撓度測點(diǎn)。在撓度測試位置L/4、L/2、 3L/4處橫向中線各設(shè)1個(gè)測點(diǎn)，共設(shè)測點(diǎn)9個(gè)[2]。

2.4靜力試驗(yàn)荷載

靜載試驗(yàn)前，需先計(jì)算分析在使用荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)，一般采用專用橋梁計(jì)算分析程序進(jìn)行計(jì)算。以4輛350 kN雙橋載重汽車為準(zhǔn)施加靜力試驗(yàn)荷載，根據(jù)規(guī)范要求，靜載試驗(yàn)效率控制在0.95～1.05之間。經(jīng)計(jì)算分析，本橋三個(gè)不同截面的試驗(yàn)彎矩、設(shè)計(jì)彎矩和荷載效率系數(shù)如下：

（1）A-A截面，試驗(yàn)彎矩為5481.4 kN·m，設(shè)計(jì)彎矩為5473.0 kN· m，荷載效率系數(shù)為1.00;

（2）B-B截面，試驗(yàn)彎矩為-3932.5 kN·m，設(shè)計(jì)彎矩為-4159.0 kN·m，荷載效率系數(shù)為0.95;

（3）C-C截面，試驗(yàn)彎矩為4608.4 kN·m，設(shè)計(jì)彎矩為4616.0 kN·m，荷載效率系數(shù)為1.00;

由此可見，本橋荷載效率系數(shù)在0.95～1.00之間，可滿足檢測規(guī)程要求。

2.5試驗(yàn)加載程序

為避免損壞結(jié)構(gòu)，采取逐步加載法進(jìn)行試驗(yàn)加載。當(dāng)加載至最大荷載時(shí)，便可卸載至零級(jí)荷載。根據(jù)工程實(shí)際情況，可按以下流程（表2）進(jìn)行加載與卸載。

2.6試驗(yàn)測試方法及流程

混凝土應(yīng)力/應(yīng)變測試中，將120Ω混凝土應(yīng)變片粘貼在試驗(yàn)截面上，經(jīng)各個(gè)位置補(bǔ)償點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度等因素的補(bǔ)償。采用靜態(tài)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和數(shù)據(jù)應(yīng)變儀對(duì)應(yīng)變進(jìn)行分析，并自動(dòng)采集存儲(chǔ)信息。采用高精密度水準(zhǔn)儀、百分表等進(jìn)行變形測試，梁體表面溫度、環(huán)境溫度等可采用紅外溫度測試儀進(jìn)行測試。

為實(shí)時(shí)控制加載過程，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全，在整個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，及時(shí)換算出實(shí)測控制數(shù)據(jù)、應(yīng)力、撓度等數(shù)據(jù)信息。并對(duì)比分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)值，通過兩者之間的比較，找出異同點(diǎn)，從而準(zhǔn)確判定結(jié)構(gòu)性能[3]。

靜力荷載試驗(yàn)應(yīng)力測試所需工具包括：應(yīng)變片、計(jì)算機(jī)等。具體測試流程如圖1所示。

靜力荷載試驗(yàn)撓度測試主要包括觀測數(shù)據(jù)、計(jì)算控制、數(shù)據(jù)處理。具體流程如圖2所示。

3靜載試驗(yàn)檢測結(jié)果分析

3.1實(shí)測應(yīng)變值

在橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)評(píng)定中，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)η是測定橋梁承載力的主要指標(biāo)之一，可按下式計(jì)算：

η=Se/Ss

其中，η表示應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù);

Ss表示試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算應(yīng)變值;

Se表示試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測應(yīng)變值;

橋梁結(jié)構(gòu)形式不同，則應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)η也有所區(qū)別，通常情況下，η<1。當(dāng)η值越小，則說明結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備越大。

通過該公式可知，在試驗(yàn)荷載作用下，只有獲取實(shí)測應(yīng)變值和理論計(jì)算值之后，才能確定校驗(yàn)系數(shù)值η。不同截面下所得應(yīng)變（με）實(shí)測值如下：

（1）A-A截面，距底緣50cm處，應(yīng)變實(shí)測值為45;T梁底緣處，應(yīng)變實(shí)測值為81;

（2）B-B截面，距底緣50cm處，應(yīng)變實(shí)測值為-33;T梁底緣處，應(yīng)變實(shí)測值為-61;

（3）A-A截面，距底緣50cm處，應(yīng)變實(shí)測值為37;T梁底緣處，應(yīng)變實(shí)測值為72。

經(jīng)上式可知，在計(jì)算出試驗(yàn)工況的理論應(yīng)變計(jì)算值后，便可獲取本橋梁的校驗(yàn)系數(shù)值η，以此對(duì)橋梁的工作狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判定[4]。

3.2應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)值結(jié)果分析

通過一系列計(jì)算分析，可獲取試驗(yàn)工況應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)值，如表3所示。由此可見，A-A截面T梁底緣校驗(yàn)系數(shù)值η為0.68，A-A截面距梁底緣50 cm處的校驗(yàn)系數(shù)值η為0.61，可滿足規(guī)范值（η<1），且處于中間范圍，表明A-A截面橋梁結(jié)構(gòu)承載力較強(qiáng)，且橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)良好。

B-B截面T梁底緣校驗(yàn)系數(shù)值η為0.97，A-A截面距梁底緣50 cm處的校驗(yàn)系數(shù)值η為0.89，可滿足規(guī)范值（η<1），基本接近規(guī)范值，表明B-B截面橋梁結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度下降，結(jié)構(gòu)各部分連續(xù)性不足，剛度偏低 [5]。

C-C截面T梁底緣校驗(yàn)系數(shù)值η為0.72，A-A截面距梁底緣50cm處的校驗(yàn)系數(shù)值η為0.60，可滿足規(guī)范值（η<1），且處于中間范圍，表明A-A截面橋梁結(jié)構(gòu)承載力較強(qiáng)，且橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)良好。

3.3撓度校驗(yàn)系數(shù)值結(jié)果分析

經(jīng)試驗(yàn)分析，試驗(yàn)工況撓度校驗(yàn)系數(shù)值如下：

（1）截面A-A/B-B下，主要分析三個(gè)不同墩跨，每個(gè)墩跨選不同位置，具體情況如下：

1）7#～6#墩跨處，L/4位置，撓度實(shí)測值為-3.32，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-4.10，校驗(yàn)系數(shù)η為0.81;A截面位置，實(shí)測值為-4.71，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-5.93，校驗(yàn)系數(shù)η為0.79;3L/4位置，實(shí)測值-2.85，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-3.95，校驗(yàn)系數(shù)η為0.72。

2）6#～5#墩跨處，L/4位置，撓度實(shí)測值為1.38，設(shè)計(jì)計(jì)算值為2.19，校驗(yàn)系數(shù)η為0.63;跨中位置，實(shí)測值為1.64，設(shè)計(jì)計(jì)算值為2.28，校驗(yàn)系數(shù)η為0.72;3L/4位置，實(shí)測值0.82，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1.21，校驗(yàn)系數(shù)η為0.68。

3）5#～4#墩跨處，跨中位置，實(shí)測值為-0.48，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-0.67，校驗(yàn)系數(shù)η為0.72。

（2）截面C-C下，主要分析三個(gè)不同的墩跨，每個(gè)墩跨選不同位置，具體情況如下：

1）7#～6#墩跨處，L/4位置，撓度實(shí)測值為0.75，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1.18，校驗(yàn)系數(shù)η為0.64;A截面位置，實(shí)測值為1.36，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1.84，校驗(yàn)系數(shù)η為0.74;3L/4位置，實(shí)測值1.21，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1.74，校驗(yàn)系數(shù)η為0.70。

2）6#～5#墩跨處，L/4位置，撓度實(shí)測值為-2.17，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-2.93，校驗(yàn)系數(shù)η為0.74;跨中位置，實(shí)測值為-3.81，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-4.67，校驗(yàn)系數(shù)η為0.82;3L/4位置，實(shí)測值-2.27，設(shè)計(jì)計(jì)算值為-3.21，校驗(yàn)系數(shù)η為0.71。

3）5#～4#墩跨處，跨中位置，實(shí)測值為1.42，設(shè)計(jì)計(jì)算值為1.92，校驗(yàn)系數(shù)η為0.74。

由此可見，三個(gè)試驗(yàn)工況下?lián)隙刃ｒ?yàn)系數(shù)值基本在0.63～0.82之間，可滿足規(guī)范值（η<1），且η值不是很大，因此，可判定橋梁承載力較好，且橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)良好。

4結(jié)語

綜上所述，在行車荷載和自然因素的反復(fù)作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的變化及損傷。由于結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重，部分橋梁已成為危橋，極易引發(fā)安全事故。 因此，必須做好橋梁承載力檢測工作，橋梁靜載試驗(yàn)是對(duì)橋梁的一種科學(xué)評(píng)價(jià)方法，其可以掌握橋梁所有部件的實(shí)際受力情況[6]，準(zhǔn)確判定橋梁的實(shí)際承載能力，并對(duì)橋梁的運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)，通過靜載試驗(yàn)法，可為橋梁加固維修提供可靠依據(jù)。

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收稿日期：2020-01-07

作者簡介：趙壯（1983—），女，河南南陽人，本科，工程師，研究方向：試驗(yàn)檢測監(jiān)理。