靜載試驗在公路橋梁檢測中的作用分析

羅云燦

摘要 準確評估橋梁結(jié)構的穩(wěn)定性能夠為后續(xù)公路橋梁的改建、養(yǎng)護工作提供依據(jù)。靜載試驗是檢測公路橋梁穩(wěn)定性的重要方法，通過理論計算值可以對公路橋梁的使用性能和實際運營狀態(tài)進行一個較為準確的評估。文章針對靜載試驗在公路橋梁檢測中的作用進行研究。從橋梁靜載試驗的基本原理、靜力載荷試驗理論及方法等方面進行分析后，提出靜載試驗在公路橋梁檢測中的作用要點。

關鍵詞 公路橋梁;橋梁結(jié)構;靜載試驗;結(jié)構評估

中圖分類號 U446 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）13-0074-03

0 引言

公路橋梁在投入使用的過程中，會受到各種自然災害的損傷，比如地震和水災都會造成公路橋梁的荷載不當而出現(xiàn)嚴重超載現(xiàn)象，從而引發(fā)嚴重的交通安全事故。因此，該文從公路橋梁靜載試驗的基本原理進行分析，并針對靜力載荷試驗理論及方法進行以下探討。

1 公路橋梁靜載試驗流程及內(nèi)容

1.1 工作流程分析

公路橋梁靜載試驗包含以下工作內(nèi)容：

（1）前期調(diào)查，主要針對公路橋梁的結(jié)構進行全面的調(diào)查分析。

（2）通過前期調(diào)查內(nèi)容及分析結(jié)果制定相應的試驗方案并進行加載與觀測。

（3）根據(jù)檢測得到的數(shù)據(jù)進行分析與總結(jié)[1]。

1.1.1 橋梁結(jié)構前期調(diào)查、分析階段

該階段工作內(nèi)容可保證后續(xù)試驗工作能夠順利完成，是試驗開展的前提條件，在前期準備工作中需要工作人員將有關橋梁結(jié)構的資料進行收集整理。如公路橋梁結(jié)構的施工記錄文件、設計文件、監(jiān)理記錄文件、維修養(yǎng)護記錄文件等，通過相關資料可幫助試驗人員了解公路橋梁的運營情況。另外，需要整理統(tǒng)計現(xiàn)階段橋梁結(jié)構的檢查情況，如橋面的排水情況、平整度及裂縫的縫補情況等[2]。分析公路橋梁結(jié)構檢查現(xiàn)狀能幫助檢測人員對公路橋梁進行全面的宏觀判斷，通過理論計算與分析了解公路橋梁的設計及適應荷載效應計算，最后制定對應的試驗方案。

1.1.2 加載和觀測

該階段是試驗工作中最為關鍵的內(nèi)容，主要通過橋梁結(jié)構健康分析數(shù)據(jù)對橋梁結(jié)構的健康情況進行判斷。

1.1.3 數(shù)據(jù)分析、總結(jié)

試驗的最后階段，針對試驗中收集的所有數(shù)據(jù)進行整理分析，根據(jù)我國對公路橋梁的規(guī)范要求來對公路橋梁進行評定，生成橋梁靜載試驗報告[3]。

1.2 公路橋梁靜載試驗測試內(nèi)容

確定好靜載試驗方案之后，需要考慮對公路橋梁結(jié)構造成不利影響因素的部分進行試驗。根據(jù)我國公路橋梁實際運營情況來看，導致其發(fā)生結(jié)構變形的主要因素有：梁的轉(zhuǎn)角、撓度、水平位移等。影響公路橋梁結(jié)構發(fā)生局部變形的主要因素有：橋梁出現(xiàn)了纖維變形、裂縫等 [4]。在試驗過程中操作人員主要需要檢測以下幾個方面：

（1）梁結(jié)構控制截面的最大應變以及荷載變化規(guī)律。

（2）不同等級荷載作用力下，檢測橋梁結(jié)構的沿橋軸線分布曲線以及最大豎向撓度;觀察橋梁結(jié)構是否存在裂縫及裂縫是否發(fā)生擴展，具體需要觀測橋梁結(jié)構出現(xiàn)裂縫的具體位置以及裂縫的間距、寬度、長度以及方向變化情況。

（3）觀測橋梁支座的沉降、壓縮以及墩臺轉(zhuǎn)角、位移情況。

（4）若公路橋梁的類型比較特殊，如斜拉橋、懸索橋，則需要測量吊索的索力以及主纜表面的溫度[5]。

2 靜力載荷試驗方法分析

對公路橋梁進行靜載試驗時，選擇直接施測法，其應用原理是將靜止的荷載直接作用于橋梁結(jié)構的指定部位上，靜力荷載需要忽略荷載本身的動力響應，其本身屬于一種簡化分析法。通過開展靜力荷載試驗，利用相關響應設備來檢測橋梁各個檢測點的應變情況和位移情況，可判斷出公路橋梁結(jié)構在預定荷載作用下的實際工作狀況。

對新建的公路橋梁結(jié)構的檢測方法有兩種：

（1）對新建橋梁結(jié)構的驗收檢測，通過檢測來判斷公路橋梁結(jié)構設計是否合理，施工是否符合要求，判斷公路橋梁的極限承載能力，為公路橋梁后續(xù)的運營提供參考。試驗結(jié)果是評價公路橋梁施工項目質(zhì)量水平的重要指標。

（2）針對一些復雜結(jié)構或新型的公路橋梁，通過靜力荷載可以明確公路橋梁結(jié)構在正常運營狀態(tài)下的實際承載能力，將理論計算結(jié)果與設計方案進行核對，幫助工作人員確定橋梁的承載能力，促進公路橋梁計算理論的發(fā)展[6]。

2.1 試驗孔道的選取與試驗控制截面選定

開展公路橋梁靜載檢測時，需要平衡好橋梁的性能以及試驗時間、費用、環(huán)境限制等客觀因素之間的關系，實現(xiàn)檢測目標需要將試驗流程進行簡化。在選取試驗孔道的時候需要結(jié)合公路橋梁形式特點以及外觀結(jié)構，如當公路橋梁為多孔結(jié)構或者跨徑相統(tǒng)一的時候，可以選取2個具有一定代表性的孔跨來進行試驗，在試驗孔道選取的時候需要注意以下幾點：

（1）選取孔跨的受力最不利部位。

（2）孔跨施工質(zhì)量較差，且在進行外觀檢查時存在較多缺陷部位或出現(xiàn)混凝土剝落情況較為嚴重的部位。

（3）所選取的孔跨最好是能夠方便搭建一個臨時結(jié)構建筑物或方便安置檢測設備和加載設備的部位。

選擇控制截面時，需要根據(jù)檢測內(nèi)容進行調(diào)整，滿足其極限承載力的條件下能反映出公路橋梁結(jié)構最不利承載的狀態(tài)，選取的控制截面盡量要少，若橋梁本身的形式結(jié)構比較簡單，則可以多選取1～2個控制截面。橋梁本身的結(jié)構比較復雜，如鋼架橋，可以根據(jù)實際情況增加。在進行檢測前，若發(fā)現(xiàn)橋梁損傷較為嚴重且已經(jīng)進行過修復，需要先進行計算再確定控制截面，現(xiàn)階段常見的橋梁類型及控制截面選取原則如表1所示。

2.2 荷載大小確定、加載步長、布置控制

靜力荷載試驗中對荷載值的確定需要建立在相關理論計算基礎上，確定加載部位以及荷載分級內(nèi)容，檢測荷載值都屬于測評值，需要保證與試驗控制荷載相同。由于設備的限制兩者間會存在一定誤差，為保證檢測結(jié)果準確性，需通過采取靜載試驗效率系數(shù)來確定和控制。試驗荷載的效率計算公式和加載流程如圖1所示。

式中，Ss——靜力荷載的作用下通過加載條件來對應控制截面內(nèi)力或者進行變形計算效應值;S——控制荷載在同一控制截面上所產(chǎn)生的截面內(nèi)力以及發(fā)生形變最不利效應計算值;μ——根據(jù)規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值;η——靜力試驗效率[7]。

確保靜力試驗檢測能夠按時進行，需要確定加載值、應變值以及形變值之間存在的函數(shù)關系，荷載步長通常情況下不低于4步，參與試驗的車輛數(shù)量較少，原則上也不可低于3步。使用承載架進行加載，通過逐步加載的方式來將承載架加到最大值后再卸載，利用車輛進行加載處理則需要通過增加車輛數(shù)量的方式來進行。遇到結(jié)構損害較為嚴重的情況，且損壞程度已經(jīng)達到危橋級別，則需要減少加荷載步長[8]。

正式開展加載前需要進行預加載試驗，預加載試驗類似于演練工作，通過預加載試驗來排除正式試驗時可能會遇到的各種技術問題，避免在正式試驗時再次發(fā)生。針對部分新修建橋梁，通過開展預加載試驗可以保證其整體結(jié)構都處于一個工作狀態(tài)，確保后期的試驗結(jié)果能夠更加準確。

為減輕溫度對試驗結(jié)果造成的影響，試驗時間最好選擇溫度相對變化幅度較小的凌晨0：00—5：00左右，如果出現(xiàn)檢測困難或檢測儀器安放困難的情況下可將試驗放在白天進行。進行前必須做好對應的溫度補償措施或遮光處理措施，單步長不超過30 min。

荷載試驗必須嚴格按照流程進行，遵循從大到小、從粗到細的試驗基本原則，做好應對突發(fā)情況的準備。在加載過程中測試點的形變值小于理論計算值的時候需要對發(fā)生裂縫的部位進行觀察，出現(xiàn)下面幾種情況需要立刻停止加載：

（1）當加載達到一定的步長范圍時，檢測點發(fā)生了劇烈變化或者有持續(xù)增大的趨向。

（2）測試點的應變值超過了理論計算值和規(guī)定范圍時。

（3）在加載階段中混凝土結(jié)構發(fā)生裂縫范圍超過了控制范圍。

（4）橋梁的墩臺位移超過了允許范圍值。

（5）涉及其他影響橋梁結(jié)構承載力以及正常使用問題時。

3 公路橋梁靜力載荷試驗要點分析

3.1 做好試驗前準備

橋梁靜載試驗工作需要耗費大量的時間和資金，為避免浪費人力、財力，正式開展試驗前做好充分的準備。對涉及所有靜載試驗設備和所有圖紙進行全面檢查，保證各項試驗設備的齊全性和圖紙準確性。靜載試驗必須嚴格按照圖紙來設置應力片位置，需要對圖紙進行全面的審核。做好相關人員的調(diào)配，保證靜載試驗可以順利開展。

3.2 科學設置試驗測點

試驗結(jié)果數(shù)據(jù)是否可靠，主要取決于試驗人員在選擇試驗測點的時候是否科學合理，試驗人員在選取試驗測點前必須進行全面的分析和檢查，對試驗現(xiàn)場進行調(diào)查分析后再確定合適的試驗測點，確保所有試驗測點都能準確反映出公路橋梁的結(jié)構狀態(tài)。選取試驗截面時，須考慮截面的面積大小以及所選擇的試驗測點數(shù)量是否合理，如在設置箱梁結(jié)構側(cè)面的時候，選取的試驗測點要盡可能地在小箱梁結(jié)構之上。

3.3 保證荷載加載可以有序開展

正式靜載試驗時，須注意全面提升荷載加載工作的質(zhì)量及水平。檢測人員必須全面掌握荷載的各種加載方式，通過對公路橋梁的全面分析來選擇荷載加載方式保證試驗的可靠性。荷載加載作業(yè)前必須檢查各類輔助材料和物品是否齊全，所有的輔助性材料和物品是否具備相應的性能。試驗人員必須對輔助性材料和物品進行全面把控，保證在試驗過程中能夠調(diào)整加載壓力，提升檢測數(shù)據(jù)的準確性。

3.4 加強結(jié)果分析

試驗結(jié)束后對所得試驗結(jié)果進行全面分析，根據(jù)目前我國對公路橋梁工程建設的標準和要求，在完成荷載試驗后要對檢測得到的相關數(shù)據(jù)和結(jié)果進行全面分析和對比。通過實際分析結(jié)果判斷橋梁結(jié)構是否滿足車輛安全通行標準，其他的檢測結(jié)果則需要按照國家對橋梁工程建設的規(guī)定和標準來進行檢測。

4 結(jié)語

橋梁工程對我國的交通運輸行業(yè)發(fā)展十分重要，其質(zhì)量須依靠靜載試驗來進行鑒定?；诖?，該文通過對公路橋梁靜載試驗的基本原理、靜力載荷試驗理論及方法、靜載試驗在公路橋梁檢測的要點進行闡述分析，指出公路橋梁工程開展靜載試驗的工作流程、工作要點以及相關影響因素。測量人員可從試驗前準備、科學設置試驗點、荷載加載、結(jié)果分析等四個方面來提高公路橋梁工程靜載試驗工作的效率。

參考文獻

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