基于靜載試驗(yàn)的橋梁結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)分析與研究

許珊珊，李 麗，高 偉

(1.黑龍江科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027；2.黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 市政工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；3.黑龍江省交通科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

基于靜載試驗(yàn)的橋梁結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)分析與研究

許珊珊1，李 麗2，高 偉3

(1.黑龍江科技大學(xué) 建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150027；2.黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 市政工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025；3.黑龍江省交通科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

橋梁靜載試驗(yàn)是檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)最直接、最有效的方法和手段。以實(shí)際工程為依托，通過變換試驗(yàn)車輛在橋面縱向位置以保證荷載效率在規(guī)定的范圍內(nèi)，撓度測(cè)點(diǎn)布置在具有代表性的梁底跨中截面處，選取反映橋梁設(shè)計(jì)的最不利受力狀態(tài)，對(duì)公路橋梁進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況、使用條件和承載能力進(jìn)行評(píng)定。通過試驗(yàn)得出：主梁跨中截面豎向剛度、混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足使用要求，個(gè)別主梁殘余變形相對(duì)較大，彈性變形安全儲(chǔ)備較低。

橋梁；檢測(cè)；靜載試驗(yàn)

隨著交通量日益增長(zhǎng)，一些舊路已不能滿足現(xiàn)有的交通狀況，需要進(jìn)行改造，提高公路等級(jí)。與此同時(shí)，公路上的橋梁能否適應(yīng)道路的升級(jí)而帶來的交通量增長(zhǎng)、荷載增加，需要進(jìn)行全面檢測(cè)。因此，為確定公路橋梁的實(shí)際技術(shù)狀況、使用條件和結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力，對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)至關(guān)重要。

橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物工作狀態(tài)最可靠、最直觀的檢測(cè)方法。這種荷載試驗(yàn)是非破壞性的，反映了橋梁在靜載作用下的結(jié)構(gòu)性能，通常采用車輛加載方式，測(cè)定梁的撓度、應(yīng)變和裂縫，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析，來判斷橋梁的實(shí)際承載能力。

1 橋梁概況

某橋長(zhǎng)度為1350 m，主線橋梁為雙向八車道，橋梁結(jié)構(gòu)寬度為2×16.5 m(單幅橋斷面形式為防撞欄0.5 m+車行道15.5 m+防撞欄0.5 m=16.5 m)；設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路Ⅰ級(jí)。上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m，先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，梁高1.6 m；全橋共計(jì)11聯(lián)，45跨；跨徑組合為10聯(lián)4×30 m+1聯(lián)5×30 m。

2 靜載試驗(yàn)

2.1 測(cè)試截面

本文為便于論述，對(duì)該橋墩臺(tái)進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)原則為：以跨徑10聯(lián)4×30 m向1聯(lián)5×30 m依次編號(hào)，具體編號(hào)依次為P0臺(tái)、P1墩～ P44墩和P45臺(tái)。根據(jù)該橋現(xiàn)有技術(shù)狀況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取左幅1聯(lián)5×30 m為試驗(yàn)段，具體試驗(yàn)段為P44～P45，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)段橋梁平面 (單位：m)

2.2 測(cè)試項(xiàng)目

根據(jù)測(cè)試截面確定本橋的測(cè)試項(xiàng)目如下：

1)跨中截面在試驗(yàn)荷載下的應(yīng)變。為了測(cè)定試驗(yàn)梁跨中截面沿梁高方向正應(yīng)力的變化情況，現(xiàn)場(chǎng)在跨中測(cè)試截面沿梁高布置了多個(gè)測(cè)點(diǎn)，借此驗(yàn)證梁體工作狀況是否符合平截面假定和梁體承受荷載是否處于彈性工作狀態(tài)。

2)試驗(yàn)跨箱梁在試驗(yàn)荷載下的撓度。

3)試驗(yàn)跨箱梁在試驗(yàn)荷載下的支點(diǎn)負(fù)彎矩效應(yīng)。

2.3 試驗(yàn)荷載及其布置

2.3.1 測(cè)點(diǎn)布置

靜載試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置在左幅第44、45跨梁底跨中截面處，測(cè)點(diǎn)橫向布置位置如圖2所示。左幅截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置位置如圖3所示。

圖2 左幅跨中斷面撓度測(cè)點(diǎn)布置(為撓度測(cè)點(diǎn))

圖3 左幅截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置(為應(yīng)變測(cè)點(diǎn))

本次試驗(yàn)確定采用4輛重車作為試驗(yàn)荷載，試驗(yàn)荷載分別為430.5 kN 、436.5 kN、435.0 kN、428.5 kN。試驗(yàn)車輛車輪橫向輪距為1.90 m，縱向前軸與中軸距3.85 m，中軸與后軸距1.35 m。

2.3.2 試驗(yàn)工況及荷載布置

為了模擬公路Ⅰ級(jí)荷載的最大彎矩效應(yīng)和保證試驗(yàn)的有效性，通過變換試驗(yàn)車輛在橋面縱向位置以保證荷載效率在規(guī)定的范圍內(nèi)，共分為兩種工況，加載布置如圖4、圖5所示。

工況1：左幅P44～P45跨中截面最大正彎矩對(duì)稱加載。

工況2：左幅P44～P45跨中截面最大正彎矩偏心加載。

圖4 左幅跨中斷面對(duì)稱加載布置(單位：m)

圖5 左幅跨中斷面偏心加載布置(單位：m)

2.3.3 荷載試驗(yàn)效率

荷載試驗(yàn)各工況按照公路Ⅰ級(jí)加載，各工況的試驗(yàn)荷載效率見表1。

荷載效率均在我國(guó)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)建議值0.95～1.05范圍內(nèi)，說明試驗(yàn)加載是足夠充分的。

表1 加載試驗(yàn)計(jì)算值及荷載效率

2.3.4 撓度測(cè)試結(jié)果

在橋梁荷載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)η是評(píng)定橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況，確定橋梁承載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)橋梁控制截面控制測(cè)點(diǎn)的變位與理論計(jì)算值比較，得到橋梁結(jié)構(gòu)的校驗(yàn)系數(shù)

式中：Se為試驗(yàn)荷載作用下實(shí)測(cè)的彈性變位(或應(yīng)變)值，Ss為試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算的變位(或應(yīng)變)值。

工況1、工況2產(chǎn)生的撓度理論值與實(shí)測(cè)值結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 左幅P44～P45跨中載、偏載跨中截面各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值對(duì)比

左幅P44～P45跨中載、偏載作用下理論橫向分布系數(shù)與實(shí)測(cè)值比較如表3所示。

表3 左幅P44～P45跨中載、偏載理論橫向分布系數(shù)與實(shí)測(cè)值對(duì)比

2.3.5 應(yīng)變測(cè)試數(shù)據(jù)

工況1、工況2產(chǎn)生的應(yīng)變理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比如下(其中以拉應(yīng)力為正)：

1)左幅P44～P45跨跨中1#梁中載、偏載沿梁高應(yīng)變的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)果分析(N6～N10測(cè)點(diǎn)為從上至下依次編號(hào))，如表4所示。

表4 跨中1#梁中載、偏載沿梁高實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算值對(duì)照(N6～N10) με

2)左幅P44～P45跨跨中1#梁中載、偏載作用下梁底應(yīng)變的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值分析(N1～N5測(cè)點(diǎn))，如表5所示。

表5 跨中1#～5#梁中載、偏載作用下梁底實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論值對(duì)照(N1～N5測(cè)點(diǎn)) με

3 結(jié) 論

3.1 靜載試驗(yàn)工況的確定

通過變換試驗(yàn)車輛在橋面縱向的位置，滿足鑒定橋梁承載力的要求，共分為兩種工況。靜載試驗(yàn)工況的選擇反映出橋梁設(shè)計(jì)的最不利受力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可選1～2個(gè)工況，結(jié)構(gòu)復(fù)雜可適當(dāng)多選，加載項(xiàng)目的安排應(yīng)抓住重點(diǎn)，不宜過多。

3.2 測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

靜載試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置在具有代表性的左幅第44、45跨梁底跨中截面處，以便于計(jì)算和分析。為保證量測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，應(yīng)該布置一定數(shù)量的校核性測(cè)點(diǎn)。在荷載達(dá)到正常使用荷載的1.2～1.5倍時(shí)，安裝在結(jié)構(gòu)上的附著式儀表應(yīng)該拆除，避免結(jié)構(gòu)突然破壞，使儀表受損。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 撓度測(cè)試分析

1)該橋在試驗(yàn)荷載作用下，各試驗(yàn)跨跨中截面各梁的實(shí)測(cè)撓度外均小于理論計(jì)算值，表明該橋結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)要求；

2)該橋在試驗(yàn)荷載作用下，跨中撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.50～0.86范圍內(nèi)，符合預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁橋校驗(yàn)系數(shù)小于1的規(guī)定，表明該橋梁結(jié)構(gòu)剛度良好；

3)結(jié)構(gòu)的殘余變形都在20%以內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)在卸載后有較好的彈性恢復(fù)能力；

4)各主梁理論橫向分布系數(shù)與實(shí)測(cè)值趨勢(shì)一致，數(shù)值接近，說明所做試驗(yàn)跨主梁間橫向聯(lián)系較好，結(jié)構(gòu)的整體性較強(qiáng)。

3.3.2 應(yīng)變測(cè)試分析

1)混凝土應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.51～0.84，滿足校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)小于1的規(guī)定，說明該橋強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求；

2)該橋在試驗(yàn)荷載工況下各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變?cè)谘亓焊叻较蚧境示€性分布，說明結(jié)構(gòu)在工作時(shí)符合平截面假定；

3)主梁殘余應(yīng)變均小于20%，說明結(jié)構(gòu)在卸載后有良好的彈性恢復(fù)能力。

[1]周振東,代戈.預(yù)應(yīng)力砼橋梁早期病害成因分析及預(yù)防措施[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2013,27(3).

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Thedetectionanalysisandresearchofbridgestructureperformancebasedonstaticloadtest

XU Shan-shan1,LI Li2,GAO Wei3

(1.School of Architectural Engineering,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin 150027,China; 2.School of Municipal Engineering Technology,Heilongjiang Construction Vocational and Technical Institute,Harbin 150025,China; 3.Heilongjiang Traffic Science Research Institute,Harbin 150080,China)

The bridge static load test is the most direct,the most effective method and means for working state detection of bridge structure.Based on practical engineering,to ensure load efficiency within the prescribed scope through conversing test vehicle on the deck longitudinal position,needs to layout measuring point on the beam bottom midspan section,and choose the most unfavorable condition reflect bridge design,operation static load test for highway bridges superstructure.According to the measured data and results analysis,technical condition is evaluated,and the conditions and carrying capacity of the bridge structure are used.Through the test conclusion: main bridge midspan section vertical stiffness,and the strength of concrete structure can meet the requirements,when individual girder residual deformation is bigger,the elastic deformation safety stock is lower.

bridge; detection; static load test

2014-06-24

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12531597)；黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度課題(GBD1212068)

許珊珊(1981-)，女，講師，研究方向：道路與橋梁工程.

U446.1

A

1671-4679(2014)06-0006-03

郝麗英]