基于動、靜載試驗法的公路橋梁建設(shè)應(yīng)力應(yīng)變試驗分析

中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290

為了促進經(jīng)濟發(fā)展，我國在交通運輸建設(shè)方面投入了較多資金，采取建立數(shù)學(xué)模型的方式分析公路橋梁受力情況，以此改善公路橋梁架構(gòu)設(shè)計方案[1-2]。由于橋梁的承載能力及作業(yè)狀態(tài)存在動態(tài)特性，因此采用傳統(tǒng)的靜荷載分析法很難全面分析橋梁的應(yīng)力應(yīng)變情況，引入動力荷載試驗分析十分必要[3-4]。文章采用靜荷載和動荷載結(jié)合方式，探究橋梁施加承載力后應(yīng)力應(yīng)變變化情況，從而提高橋梁建設(shè)質(zhì)量。

1 工程概況

文章以某橋梁工程為例，對該工程橋梁施加承載力后產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變進行試驗分析。該橋梁建設(shè)形式為混凝土空心板，長度為4～16m，寬度為11m，施加預(yù)應(yīng)力形成橋面。為了加固橋梁，以樁柱式類型橋墩作為加固工具，均勻布設(shè)在橋面下方，并添加板式橋臺，形成90°交角，公路荷載等級為I級。歷經(jīng)7個月施工后，該橋梁于2019年11月完工。

2 試驗?zāi)康呐c方法

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

研究開展了靜荷載試驗、動荷載試驗。其中，開展靜荷載試驗的目的是測定該工程橋梁的靜位移參數(shù)數(shù)值和靜應(yīng)變參數(shù)數(shù)值，以國家標(biāo)準(zhǔn)為判斷依據(jù)，檢驗該工程橋梁建設(shè)質(zhì)量是否符合要求。另外，從安全角度展開分析，通過測定橋梁實際承受力的上限值，與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對比，判斷其是否符合建設(shè)要求。開展動荷載試驗的目的是測定橋梁沖擊系數(shù)、阻尼比、自振頻率等參數(shù)數(shù)值，將其作為橋梁結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析依據(jù)，從而掌握工程橋梁結(jié)構(gòu)特性。

2.2 試驗方法

（1）靜荷載試驗。以截面應(yīng)變與擾度、結(jié)構(gòu)開裂情況作為測試指標(biāo)，分別布設(shè)靜荷載平面，模擬工程環(huán)境，探究不同工況下的靜荷載應(yīng)變與擾度情況[5]。另外，根據(jù)橋梁實際施工情況，以橋梁第二跨為例，布設(shè)靜荷載試驗環(huán)境，展開測定分析。其中，橋梁跨立面跨度為16m，取中間點截取A-A面作為靜荷載分布試驗布設(shè)點。

為了深入探究應(yīng)力應(yīng)變特點，試驗設(shè)定了3種工況，分別測定參數(shù)展開分析。在各個試驗跨截面處布設(shè)應(yīng)變計和位移計，從而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。其中，布設(shè)點編號1～6。工況1：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設(shè)靜荷載。與此同時，橫橋方向偏向左側(cè)位置添加靜荷載，得到工況1布設(shè)方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關(guān)數(shù)據(jù)信息。工況2：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設(shè)靜荷載。在橫橋方向中間位置添加靜荷載，得到工況2布設(shè)方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關(guān)數(shù)據(jù)信息。工況3：縱橋方向截取A-A面，在此截面正彎矩最容易受影響的位置布設(shè)靜荷載。在橫橋方向偏向右側(cè)位置添加靜荷載，得到工況3布設(shè)方案。通過開展靜荷載試驗，從中獲取擾度分布相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

（2）動荷載試驗。關(guān)于橋梁動荷載試驗探究，以橋梁解自振特性相關(guān)參數(shù)為測定對象。選取Midas Civil程序作為試驗工具，通過構(gòu)建橋梁結(jié)構(gòu)模型，分析動力特性，獲取相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，而后利用子空間迭代方法處理這些參數(shù)數(shù)據(jù)，從而獲取自振頻率數(shù)值及其他參數(shù)特點[6]。

3 試驗結(jié)果分析

（1）靜荷載試驗結(jié)果分析。按照靜荷載試驗方案，分別測定3種工況下的截面擾度分布情況，結(jié)果如表1、表2、表3所示。表1中擾度分布統(tǒng)計結(jié)果表明，工況1中4種靜荷載作用下生成的擾度數(shù)值均隨著測點編號的增加而減小，并且所有測得的數(shù)值均在理論數(shù)值范圍內(nèi)。因此，該組試驗測得的數(shù)據(jù)滿足可靠性要求。另外，擾度數(shù)值隨著靜荷載等級的增加而變小。表2中擾度分布統(tǒng)計結(jié)果表明，工況2中4種靜荷載作用下生成的擾度數(shù)值均隨著測點編號的增加先減小后增加，呈拋物線狀態(tài)，并且所有測得的數(shù)值均在理論數(shù)值范圍內(nèi)。因此，該組試驗測得的數(shù)據(jù)滿足可靠性要求。擾度數(shù)值與靜荷載等級關(guān)系同工況1。表3中擾度分布統(tǒng)計結(jié)果表明，工況3中4種靜荷載作用下生成的擾度數(shù)值均隨著測點編號的增加而變大，并且所有測得的數(shù)值均在理論數(shù)值范圍之內(nèi)。因此，該組試驗測得的數(shù)據(jù)滿足可靠性要求。擾度數(shù)值與靜荷載等級關(guān)系同工況1。

表1 工況1條件下截面擾度分布統(tǒng)計結(jié)果 單位：mm

表2 工況2條件下截面擾度分布統(tǒng)計結(jié)果 單位：mm

表3 工況3條件下截面擾度分布統(tǒng)計結(jié)果 單位：mm

3種工況下的橫向分布系數(shù)測定精準(zhǔn)度高于98%，并且數(shù)值在理論數(shù)值范圍之內(nèi)，可以將測定的數(shù)據(jù)作為橋梁應(yīng)力應(yīng)變分析參考依據(jù)。依據(jù)測定的校驗系數(shù)和最大相對殘余變位兩項參數(shù)值，生成不同工況下測定點應(yīng)力應(yīng)變分布特點，結(jié)果如圖1所示。依據(jù)圖1中的分布特點可知，不同工況條件下各測點應(yīng)力應(yīng)變分布均在理論數(shù)值范圍內(nèi)。因此，該橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具有較高的安全性，可以將此測試結(jié)果作為橋梁穩(wěn)定性分析的參考依據(jù)。

圖1 不同工況下測定點應(yīng)力應(yīng)變分布特點

（2）動荷載試驗結(jié)果分析。為了掌握橋梁結(jié)構(gòu)動力特點，更加全面地分析橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，研究增加了動荷載試驗，通過測定自振頻率進行判斷。按照試驗方法布設(shè)試驗環(huán)境，選取第二跨作為測定點布設(shè)區(qū)域，分別在距離橋面0.2L、0.5L、0.8L處布設(shè)傳感器。另外，選取第二跨正彎矩數(shù)值最大位置布設(shè)擾度測量點，測量點布設(shè)平面圖如圖2所示。

圖2 測量點布設(shè)平面圖（單位：m）

跑車試驗中，測定沖擊系數(shù)均低于理論沖擊系數(shù)。當(dāng)車輛處于剎車狀態(tài)時，理論沖擊系數(shù)不再高于測定沖擊系數(shù)。由此可以判斷，橋面養(yǎng)護處理對提高橋梁的安全性至關(guān)重要。

為了盡可能降低橋梁安全事故發(fā)生概率，后期維護及施工需注意的事項如下：（1）加大橋梁施工原材料檢驗力度，3次檢驗后通過則可以投入使用；（2）提升混凝土配合比精準(zhǔn)度，選取環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等參數(shù)作為影響因素分析依據(jù)，調(diào)整多因素影響下的配比方案，以此提高精準(zhǔn)度；（3）定期安排養(yǎng)護伸縮縫處理。

4 總結(jié)

文章圍繞橋梁質(zhì)量問題展開研究，以某橋梁施工項目為例，通過設(shè)定3種工況，分別開展動荷載試驗和靜荷載試驗。試驗結(jié)果表明，該工程橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方案安全性較高，但是由于橋梁長期受到?jīng)_擊系數(shù)的影響，因此容易出現(xiàn)破損等情況。為了延長橋梁使用壽命，文章擬定了一些維護方法與施工注意事項，以供參考。