淺談在役橋梁的靜載試驗(yàn)

摘要：橋梁荷載試驗(yàn)是針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)做測(cè)試的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。它是一種最常用到的基本試驗(yàn)，擁有兩種直接測(cè)試橋梁荷載試的方法：靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：橋梁 承載能力 靜載試驗(yàn)

橋梁荷載試驗(yàn)本來(lái)就是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)具體的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)的做測(cè)試。所以說(shuō)來(lái)，試驗(yàn)要達(dá)到什么樣的要求，具體有什么步驟和措施，一般情況下都是得從實(shí)際出發(fā)，按照具體生產(chǎn)中的要求來(lái)制定的[1-2]。橋梁結(jié)構(gòu)的測(cè)試中首先就要采取的是由靜載和動(dòng)載試驗(yàn)這兩種方法組成的橋梁現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)[3-4]。絕大部分的橋梁現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)一般來(lái)說(shuō)都是大多數(shù)采用靜載試驗(yàn)，然后在必要的似乎輔助性的使用動(dòng)載試驗(yàn)。

1 荷載試驗(yàn)的目的和意義

橋梁荷載試驗(yàn)的目的主要有三個(gè)，具體內(nèi)容如下：

1.1 對(duì)新建橋梁進(jìn)行鑒定。對(duì)新建橋梁進(jìn)行鑒定的重要性主要是，通過(guò)鑒定能夠獲得新建橋梁的質(zhì)量評(píng)定的數(shù)據(jù)，使得評(píng)定的結(jié)果有章可循，繼而很好的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論以及施工質(zhì)量，而且能夠依據(jù)此更好的做好橋梁的運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)工作。要做好新建橋梁的質(zhì)量鑒定工作，首先是要你采取實(shí)施可行的試驗(yàn)手段測(cè)試橋梁的主要質(zhì)量指標(biāo)，然后再按照測(cè)得相關(guān)資料就新建橋梁的質(zhì)量做出客觀的評(píng)定。

1.2 對(duì)在役橋梁實(shí)際承載能力進(jìn)行鑒定。早些年建成的橋梁因?yàn)榧夹g(shù)比較落后，它所設(shè)計(jì)的荷載都不能滿(mǎn)足當(dāng)前交通發(fā)展的需求。所以說(shuō)要從實(shí)際情況出發(fā)，按照當(dāng)下交通的需求，采取試驗(yàn)明確橋梁的實(shí)際承載能力，然后展開(kāi)加固改建工作。在這個(gè)過(guò)程中需要注意到的是，當(dāng)超重型車(chē)輛過(guò)橋或結(jié)構(gòu)遭意外損傷等情況的出現(xiàn)仍然要堅(jiān)持采取試驗(yàn)估算出橋梁的承載力大小。對(duì)于那些重要的橋梁，除了在日常運(yùn)營(yíng)中要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)之外，每隔幾年都要實(shí)施一次全方位的測(cè)試鑒定工作。主要是這樣的測(cè)試具有很重要的意義，因?yàn)闃蛄禾幵谶\(yùn)行中，難免會(huì)遇到雷電風(fēng)雨，冰霜大雪這樣的自然損害以及沖擊荷載等相關(guān)的人為損害，這些因素都使得橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)有相當(dāng)程度的破壞。如此一來(lái)就得依靠就受損橋梁所進(jìn)行鑒定測(cè)試來(lái)確定橋梁的實(shí)際損害程度的大小來(lái)實(shí)施相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)或維修措施。

除此之外，經(jīng)濟(jì)越加發(fā)達(dá)的同時(shí)運(yùn)輸量增多，人們出行量加大，這些都大大加重了交通運(yùn)輸事業(yè)的壓力。交通運(yùn)輸不很要對(duì)很大部分的公路的運(yùn)輸?shù)燃?jí)進(jìn)行提升，與此同時(shí)努力的改建或重建那些線(xiàn)路上的不滿(mǎn)足要求的橋梁。只有對(duì)既有橋梁做好測(cè)試鑒定工作才能夠明確橋梁的實(shí)際承載能力大小，從制定出既滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)效益也滿(mǎn)足社會(huì)效益的相關(guān)措施以達(dá)到線(xiàn)路橋梁的各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)才能驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，促進(jìn)橋梁工程中的得到各項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新，理論的創(chuàng)新，新材料、新方法的應(yīng)用實(shí)踐。

現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)應(yīng)按擬訂的試驗(yàn)方案進(jìn)行。一次加載試驗(yàn)一般可以分成三個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、荷載試驗(yàn)階段和試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理階段。

2 靜載試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作包括兩個(gè)方面：試驗(yàn)前期準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。

2.1 前期準(zhǔn)備工作。一般試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作有：收集現(xiàn)場(chǎng)資料、擬訂試驗(yàn)方案、配套合適儀器等。

2.2 靜載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作。

2.2.1 試驗(yàn)荷載工況的確定。在進(jìn)行各荷載工況布置時(shí)可參照截面內(nèi)力（或變形）影響線(xiàn)進(jìn)行，一般設(shè)主要工況和附加工況，即跨中最大正彎矩工況、1/4截面最大正彎矩工況和支點(diǎn)最大剪力工況等。

2.2.2 試驗(yàn)荷載等級(jí)的確定。首先，控制荷載的確定。試驗(yàn)采用的荷載應(yīng)與控制荷載盡量相同。當(dāng)受客觀條件所限，采用的試驗(yàn)荷載與控制荷載不一致時(shí)，為保證試驗(yàn)效果，一般采用靜載試驗(yàn)效率hq進(jìn)行控制。其次，靜載試驗(yàn)效率的確定。靜載試驗(yàn)效率為hq值可采用0.8～1.05。每座橋梁的靜載試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)前期工作的具體情況來(lái)確定hq值。一般情況下hq≥0.95。

2.2.3 荷載試驗(yàn)加載設(shè)備的選擇。①加載設(shè)備的選擇。采用汽車(chē)荷載加載是目前較為常用的一種方法。②加載物重力的稱(chēng)量。可根據(jù)不同的加載方法和具體條件選用稱(chēng)重法或綜合計(jì)算法。③荷載準(zhǔn)備。荷載準(zhǔn)備工作要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)。并按以下步驟準(zhǔn)備：首先，落實(shí)車(chē)輛型號(hào)、數(shù)量；其次，車(chē)輛過(guò)秤?？梢杂玫匕醭兄兀謩e稱(chēng)出總重和各軸重，并記錄下每輛車(chē)的車(chē)號(hào)、軸距、輪距和軸重指標(biāo)。

2.2.4 測(cè)點(diǎn)布置。①主要測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。在方案上應(yīng)畫(huà)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，注明測(cè)點(diǎn)的位置等。②溫度測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。選擇與大多數(shù)測(cè)點(diǎn)較接近的部位設(shè)置1～2處氣溫觀測(cè)點(diǎn)。③測(cè)點(diǎn)布置。實(shí)橋測(cè)點(diǎn)布置按試驗(yàn)方案放樣，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

2.2.5 其他現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。靜載試驗(yàn)還有一些其他準(zhǔn)備：如畫(huà)出橋上停車(chē)線(xiàn)、格子線(xiàn)，做好保通工作等。

3 現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)是整個(gè)荷載試驗(yàn)是中心環(huán)節(jié)，是對(duì)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作的大檢查，也是能否使試驗(yàn)取得成功的關(guān)鍵。

3.1 靜載試驗(yàn)程序

3.1.1 靜載試驗(yàn)初讀數(shù)。靜載試驗(yàn)初讀數(shù)不是調(diào)試階段的儀器讀數(shù)，而是指試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)儀器的零讀數(shù)。從初讀數(shù)開(kāi)始，整個(gè)荷載試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)工作就開(kāi)始了。

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載。試驗(yàn)加載應(yīng)按橋上劃定的停車(chē)線(xiàn)布置荷載車(chē)輛，安排專(zhuān)門(mén)人員指揮車(chē)輛?？?。

3.1.3 穩(wěn)定后讀數(shù)。加載后結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力需要有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程。

3.1.4 卸載讀零。當(dāng)一個(gè)工況試驗(yàn)結(jié)束，試驗(yàn)車(chē)輛退下橋去，各測(cè)點(diǎn)要求讀回零值，同樣也要有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程?，F(xiàn)場(chǎng)靜載過(guò)程中必須時(shí)刻關(guān)注幾個(gè)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就要重新加載測(cè)試。

3.2 靜載試驗(yàn)要點(diǎn)

3.2.1 試驗(yàn)觀測(cè)與記錄。①儀表數(shù)據(jù)的讀取與記錄。在人工讀取千分表、百分表時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確、迅速，并記錄在專(zhuān)門(mén)的表格上，以便于試驗(yàn)資料的后期整理和計(jì)算。②加載試驗(yàn)中裂縫的觀測(cè)。裂縫觀測(cè)的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)承受拉力較大部位及在役橋梁原有裂縫較長(zhǎng)、較寬的部位。在這些部位應(yīng)對(duì)裂縫長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行量測(cè)，并在混凝土表面描繪出裂縫走向。當(dāng)加載到最不利荷載及卸載后應(yīng)全面檢查結(jié)構(gòu)裂縫，重點(diǎn)看是否產(chǎn)生了新裂縫，并將最后檢查情況填入專(zhuān)門(mén)的表格上。

3.2.2 試驗(yàn)加載穩(wěn)定時(shí)間控制。進(jìn)行主要控制截面最大內(nèi)力荷載工況加載時(shí)，荷載在橋上穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)不少于5min。有些橋梁，因連接較弱或變形緩慢，造成測(cè)點(diǎn)觀測(cè)值穩(wěn)定時(shí)間定為20～30min。

3.2.3 加載過(guò)程的監(jiān)控。加載試驗(yàn)應(yīng)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，特別是結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)位移（或應(yīng)變）和結(jié)構(gòu)薄弱部位，并將監(jiān)控結(jié)果隨時(shí)匯報(bào)給現(xiàn)場(chǎng)指揮人員作為控制加載的依據(jù)。隨時(shí)將控制點(diǎn)實(shí)測(cè)位移與計(jì)算結(jié)果比較，如發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值超過(guò)計(jì)算值較多或測(cè)點(diǎn)的測(cè)值有較大的反常變化，則應(yīng)暫停加載，待查明原因再?zèng)Q定是否繼續(xù)加載。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)靜載試驗(yàn)得到的原始數(shù)據(jù)、文字和圖像描述材料是荷載試驗(yàn)最重要的資料。雖然它們是可靠的，但這些原始資料數(shù)量龐大，不直觀，不能直接用于評(píng)定橋梁承載能力，故進(jìn)行承載能力評(píng)定之前必須對(duì)它們進(jìn)行處理、分析，以滿(mǎn)足承載能力評(píng)定的需要。

4.1 應(yīng)力、應(yīng)變的換算。應(yīng)變片測(cè)試結(jié)果一般為應(yīng)變值，而人們往往習(xí)慣于應(yīng)力值。按照公式S=Ee，由應(yīng)變直接計(jì)算主應(yīng)力。

4.2 變位或應(yīng)變的計(jì)算。

4.3 撓度。撓度是衡量橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度的重要指標(biāo)。具體衡量的指標(biāo)如下：①試驗(yàn)荷載作用下，各主要控制斷面測(cè)點(diǎn)撓度的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的比值應(yīng)不大于1。②由撓度的實(shí)測(cè)值和試驗(yàn)加載效率外推的各主要控制截面測(cè)點(diǎn)的撓度值不超過(guò)規(guī)范的允許值。

5 在役橋梁靜載試驗(yàn)承載能力評(píng)估基本理論

為了評(píng)定在役橋梁結(jié)構(gòu)整體受力性能，需對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果與理論分析值進(jìn)行比較，以判斷在役橋梁的承載能力。

斷面應(yīng)力的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值應(yīng)列在同一張表內(nèi)并繪制成圖，以便比較。當(dāng)斷面上應(yīng)力的計(jì)算值和試驗(yàn)值之間的差別超出正常允許的誤差范圍時(shí)，應(yīng)該仔細(xì)分析，找出原因。

6 結(jié)語(yǔ)

靜載試驗(yàn)具有直觀、可靠的特點(diǎn)，其他方法不能比擬，但該方法不能代替常規(guī)評(píng)定方法，只能作為獲取信息的手段和分析方法的補(bǔ)充。其原因是該方法規(guī)模大，試驗(yàn)費(fèi)用高，方法難以普及，可能引起結(jié)構(gòu)損傷，影響正常交通。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鈞利.在役橋梁檢測(cè)、可靠性分析與壽命預(yù)測(cè)[M].北京：中國(guó)水利出版社，2006.

[2]張來(lái)勇，李輝，宋書(shū)軍.預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋靜載試驗(yàn)分析[J].建筑知識(shí)（學(xué)術(shù)刊），2011，12：318-319.

[3]謝開(kāi)仲，曾倬信，王曉燕.橋梁工程檢測(cè)技術(shù)研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，28（增刊）：208-211..

[4]孫昊，王復(fù)明，蔡迎春.現(xiàn)役公路橋梁承載能力的試驗(yàn)評(píng)估分析[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，27（1）：8-11.

作者簡(jiǎn)介：

陳磊河（1976-），男，河南蘭考人，碩士，工程師，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>