靜載試驗在橋梁檢測中的應(yīng)用

劉 畔

(河北省高速公路邢汾籌建處)

在橋梁處于改造養(yǎng)護的時期，為了保證橋梁工程的質(zhì)量以及通行能力，對橋梁實行靜載試驗是最為直接有效的方法。橋梁的靜載試驗是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力撓度、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫等參量進行測試，從而對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力作出評價。橋梁結(jié)構(gòu)工作時所承受的荷載主要是靜力荷載(包括其自重和可看作靜力荷載的移動車輛荷載)，因此，靜載試驗作為橋梁結(jié)構(gòu)試驗中最大量、最常見的基本試驗，成為了解結(jié)構(gòu)性能的重要手段，在評價橋梁承載能力方面有非常重要的作用。

1 工程概況

洪梅鎮(zhèn)東海大橋位于天津市沿海高速公路沙望連接線上，原有公路損壞嚴重，行車條件惡劣，隨著本地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，交通量迅速增長，已不能適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要。因此，對此段公路進行改造養(yǎng)護，促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施，都具有重大的現(xiàn)實意義和社會效益。橋的上部構(gòu)造為13×20m的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁結(jié)構(gòu)，橋跨上部結(jié)構(gòu)由9片空心板梁組成，橋面行車道寬度11m，兩車道雙向行車。設(shè)計荷載等級:汽車-超20級、掛車-120。

2 靜載試驗

2.1 試驗荷載

靜載試驗采用汽車車隊的加載方式。采用4輛30t自卸車的橋檢車。30t自卸車用裝載碎石作為壓重，經(jīng)地磅稱重，滿載后總重30t，前軸重6t，中后軸重24t。自卸車及橋檢車車型的軸、輪距離尺寸詳見圖1。

2.2 荷載效率和載位布置

靜載試驗效率為

式中:Ss為靜載試驗荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值;s為控制荷載作用下控制截面內(nèi)力計算值;μ為按規(guī)范采用的沖擊系數(shù);ηq值可采用0.80～1.05。

圖1 檢測車尺寸

本次靜載試驗加載按照汽-超20級，掛-120計算。經(jīng)過計算確定試驗荷載采用4輛單車重30t的三軸載重汽車充當，試驗跨荷載效率均介于0.85～0.98之間，滿足舊橋試驗規(guī)程的有關(guān)要求(表1)。

表1 靜力荷載試驗加載效率

2.3 荷載載位布置

本次試驗縱橋向按跨中截面彎矩和支座附近剪力的最不利位置布置，縱向布置如圖2、圖3所示;橫橋向采用四列車隊偏心布載，橫向布置如圖4、圖5所示。

圖2 試驗荷載縱向布置(跨中彎矩)

圖3 試驗荷載縱向布置(支座剪力)

圖4 偏心布載(彎矩、剪力)

圖5 中心布載(彎矩、剪力)

2.4 測點布置

(1)應(yīng)力測試截面分別布置在第6跨的端部、跨中，每跨2個截面，在端部截面1#空心板梁的腹板外側(cè)布置三向應(yīng)變花，在L/2截面每片空心板梁的梁底布置單向應(yīng)變片。

(2)撓度測點布置在第6跨的跨中截面每片板梁相應(yīng)的橋面位置。

2.5 加載控制和方式

靜力荷載試驗各加載工況實施程序如下:(1)初始狀態(tài)(靜力加載開始)→預(yù)加載→卸零;(2)零荷載→工況I→卸零;(3)零荷載→工況II→→卸零(靜力加載結(jié)束)。同時，為了防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，每一加載試驗工況，分為兩級加載、一級卸零。

3 靜載試驗測試結(jié)果與分析

3.1 橋梁承載能力的評定方法

橋梁承載能力的評定用實測結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)來評定，為試驗的實測值與理論值的應(yīng)力或撓度之比，它反映結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)。

當ξ≤1時，說明理論計算偏于安全，結(jié)構(gòu)尚有一定的安全儲備，這種情況說明橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況良好。

3.2 各工況下的梁底應(yīng)變測試

靜載試驗中所測得的空心板控制截面的應(yīng)變值，均為加載后的應(yīng)變增量，將理論計算所得的應(yīng)變增量值與實測的應(yīng)變增量值進行比較，其中應(yīng)變值正值代表受拉，負號代表受壓。表2～表3列出各個工況實測正應(yīng)力、主拉應(yīng)力以及相應(yīng)的理論計算值，通過比較分析可知，校驗系數(shù)介于0.54～0.95之間，實測值均小于計算值，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載能力能夠滿足汽-超20級、掛-120荷載等級要求。

表2 第6跨工況Ⅰ(中載)跨中截面正應(yīng)力結(jié)果

表3 第6跨工況Ⅰ(偏載)跨中截面正應(yīng)力結(jié)果

續(xù)表3

4.3 各工況下的撓度觀測

靜載試驗中所測得的空心板控制截面的應(yīng)變值，均為加載后的應(yīng)變增量，將理論計算所得的應(yīng)變增量值與實測的應(yīng)變增量值進行比較。在試驗荷載作用下量測的空心板的變形下?lián)蠒r，用正號表示;變形上拱時，用負號表示，單位mm。通過布置在空心板橋面的測點，測得工況Ⅰ荷載作用下跨中截面各片空心板的撓度值。表4中列出左幅橋第6跨工況Ⅰ滿載作用下的實測撓度值和相應(yīng)理論計算值。比較分析可知，校驗系數(shù)介于0.52～0.97之間，測點實測值均小于計算值，說明試驗橋跨結(jié)構(gòu)豎向剛度能夠滿足汽-超20級、掛-120荷載等級要求。

表4 第6跨工況Ⅰ(中載)跨中截面撓度結(jié)果

5 結(jié)論

(1)各個工況實測正應(yīng)力、主拉應(yīng)力校驗系數(shù)介于0.54～0.95之間，實測值均小于計算值，說明結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載能力能夠滿足汽-超20級、掛-120荷載等級要求。

(2)左幅橋第6跨工況Ⅰ滿載作用下的實測撓度校驗系數(shù)介于0.52～0.97之間，測點實測值均小于計算值，說明試驗橋跨結(jié)構(gòu)豎向剛度能夠滿足汽-超20級、掛-120荷載等級要求。

[1] 劉自明.橋梁工程檢測手冊[M].北京:人民交通出版社，2002.

[2] 胡交通部規(guī)劃研究院.公路舊橋承載能力鑒定方法(試行)[M].北京:人民交通出版社，1998.

[3] 諶潤水，胡釗芳.公路橋梁荷載試驗[M].北京:人民交通出版社.

[4] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)[S].

[5] 洪梅鎮(zhèn)東海大橋改建工程設(shè)計文件[M].

[6] 公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程，征求意見稿[M].