某簡支空心板梁橋靜動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估

顏景波

摘 要：為評(píng)定某簡支空心板梁橋承載能力狀態(tài)，文章記錄了對(duì)橋梁承載力進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)與狀態(tài)評(píng)估情況。通過4個(gè)工況的等效加載試驗(yàn)表明，實(shí)測(cè)撓度和應(yīng)變值均小于理論值，橋梁強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)與通行要求；各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變及相對(duì)殘余變位均小于20%，表明梁體處于彈性工作狀態(tài)。綜上所述，該橋的整體剛度基本滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：撓度；應(yīng)變；靜載試驗(yàn)；簡支梁

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和國家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力投資，我國出現(xiàn)了大量各式各樣的橋梁，同時(shí)物流行業(yè)飛速發(fā)展，超載現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對(duì)橋梁產(chǎn)生一定的破壞。兼顧經(jīng)濟(jì)與安全兩個(gè)因素，對(duì)運(yùn)營中的橋梁進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)與加固是最合理的方式。對(duì)橋梁承載力進(jìn)行靜、動(dòng)載檢測(cè)，是目前最為精準(zhǔn)的橋梁檢測(cè)技術(shù)，方便我們給出更加科學(xué)的評(píng)估意見。以下為對(duì)某簡支梁橋的靜、動(dòng)載檢測(cè)評(píng)估過程，并給出了合理的養(yǎng)護(hù)方案。

1 工程概況

該橋跨徑布置為6×10m，結(jié)構(gòu)形式為簡支空心板結(jié)構(gòu)，橋梁全長60m，全寬8m，主梁的混凝土標(biāo)號(hào)為C30。橋墩及橋臺(tái)的混凝土標(biāo)號(hào)為C30。下部結(jié)構(gòu)為柱式墩接蓋梁形式，基礎(chǔ)均為樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用排架樁接蓋梁的輕型橋臺(tái)。

橋梁橫斷面0.25m（欄桿）+7.5m（機(jī)動(dòng)車道）+0.25m（欄桿）=全寬8m。

橋梁的設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為城-A級(jí)。

2 靜載檢測(cè)

橋梁靜載試驗(yàn)主要是通過測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下各控制截面的應(yīng)變、結(jié)構(gòu)變位以及裂縫的發(fā)展情況等，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，它是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)（如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度）最直接、最有效的辦法。

2.1 靜載試驗(yàn)理論計(jì)算

試驗(yàn)荷載采用內(nèi)力等效的原則計(jì)算確定，使試驗(yàn)荷載效率滿足上述規(guī)定，具體輪位布置按照各斷面在最不利荷載作用下的分析結(jié)果確定。

2.2 靜載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置和試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)

（1）應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)該類橋型的受力特點(diǎn)，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在第1跨跨中的梁底面上。

（2）變位測(cè)點(diǎn)布置

在該橋第1跨跨中斷面，測(cè)試在試驗(yàn)荷載作用下梁體變位。

（3）測(cè)試工況設(shè)計(jì)

工況1、2：對(duì)1-1斷面最大正彎矩進(jìn)行一級(jí)對(duì)稱加載。

測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變及梁底變位。

工況3、4：對(duì)1-1斷面最大正彎矩進(jìn)行二級(jí)對(duì)稱加載。

測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)應(yīng)變及梁底變位。

2.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析。工況一荷載作用下，實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)變?yōu)?3.5με，對(duì)應(yīng)計(jì)算應(yīng)變40.6με，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.48～0.58之間；工況二荷載作用下，實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)變?yōu)?5.2με，對(duì)應(yīng)計(jì)算應(yīng)變40.6με，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.49～0.62之間；工況三荷載作用下，實(shí)測(cè)最大應(yīng)變?yōu)?4.7με，對(duì)應(yīng)計(jì)算應(yīng)變?yōu)?9με，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.38～0.5之間；工況四荷載作用下，實(shí)測(cè)最大拉應(yīng)變?yōu)?4.9με，對(duì)應(yīng)計(jì)算應(yīng)變?yōu)?9με，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，校驗(yàn)系數(shù)在0.37～0.5之間。卸載后，各工況荷載作用下，測(cè)試斷面各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%，表明梁體均處于彈性工作狀態(tài)。

（2）變位測(cè)試結(jié)果分析。工況一荷載作用下，測(cè)試斷面實(shí)測(cè)最大彈性變位為0.79mm，計(jì)算值為0.94mm，校驗(yàn)系數(shù)0.64～0.84，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值；工況二荷載作用下，測(cè)試斷面實(shí)測(cè)最大彈性變位為0.77mm，計(jì)算值為0.98mm，校驗(yàn)系數(shù)在0.65～0.79之間，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值；工況三荷載作用下，測(cè)試斷面實(shí)測(cè)最大彈性變位為1.1mm，計(jì)算值為1.76mm，校驗(yàn)系數(shù)在0.51～0.62之間，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值；工況四荷載作用下，測(cè)試斷面實(shí)測(cè)最大彈性變位為1.1mm，計(jì)算值為1.76mm，校驗(yàn)系數(shù)在0.51～0.62之間，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值。卸載后，各工況荷載作用下測(cè)試斷面變位測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余變位均小于20%，表明梁體均處于彈性工作狀態(tài)。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

該橋動(dòng)載試驗(yàn)包括脈動(dòng)試驗(yàn)和受迫振動(dòng)試驗(yàn)。脈動(dòng)試驗(yàn)主要測(cè)量橋梁的動(dòng)力特性，如橋梁的自振頻率及阻尼比等，受迫振動(dòng)試驗(yàn)主要測(cè)量橋梁在汽車荷載作用下的振幅、受迫振動(dòng)頻率。

3.2 脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果及分析

脈動(dòng)試驗(yàn)是通過在橋上布置高靈敏度的傳感器，長時(shí)間記錄橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵(lì)下，如風(fēng)、水流、地脈動(dòng)等引起的橋梁振動(dòng)，然后對(duì)記錄下來的橋梁振動(dòng)時(shí)程信號(hào)進(jìn)行處理并進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，求取橋梁結(jié)構(gòu)自振特性的一種方法。對(duì)環(huán)境激勵(lì)下橋梁的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行多次功率譜的平均分析，可得到橋梁的各階自振頻率，再利用各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振幅和相位關(guān)系，可求得橋梁各階模態(tài)相應(yīng)的振型。

對(duì)脈動(dòng)試驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得到該聯(lián)豎向振動(dòng)一階頻率實(shí)測(cè)值為14.84Hz，有限元計(jì)算頻率為14.07Hz，實(shí)測(cè)值大于計(jì)算值，說明橋梁實(shí)測(cè)整體豎向剛度好于理論剛度，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)測(cè)阻尼比？孜=3.0%，在正常范圍1%-10%之間。

3.3 強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)內(nèi)容

強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)分為跑車、剎車及跳車試驗(yàn)。分別測(cè)試橋梁在不同動(dòng)力荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。

（1）跑車試驗(yàn)。跑車試驗(yàn)的測(cè)試內(nèi)容主要是試驗(yàn)車輛勻速過橋時(shí)橋梁動(dòng)力響應(yīng)。跑車試驗(yàn)為1輛試驗(yàn)汽車以每小時(shí)20km/h的速度駛過全橋。跑車試驗(yàn)時(shí)測(cè)量梁體的在動(dòng)力荷載作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。

（2）跳車試驗(yàn)。跳車試驗(yàn)是模擬汽車越過障礙物試驗(yàn)，在試驗(yàn)跨跨中位置分別放置5cm的三角木，一輛試驗(yàn)載重汽車以20km/h的車速跨過三角木，測(cè)量測(cè)點(diǎn)振幅和在豎向沖擊荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。

（3）剎車試驗(yàn)。剎車試驗(yàn)是模擬汽車剎車試驗(yàn)，在試驗(yàn)跨跨中位置一輛試驗(yàn)載重汽車以20km/h的車速立即剎車，測(cè)量測(cè)點(diǎn)振幅和在沖擊荷載下的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)該簡支空心板梁橋進(jìn)行靜、動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估，可以得出如下結(jié)論：

（1）在試驗(yàn)荷載作用下，試驗(yàn)聯(lián)跨的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況好于理論狀況。

（2）卸載后，各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)殘余應(yīng)變及相對(duì)殘余變位均小于

20%，表明梁體處于彈性工作狀態(tài)。

（3）依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的規(guī)定，試驗(yàn)聯(lián)跨的承載能力滿足要求。

（4）該橋混凝土梁試驗(yàn)聯(lián)的實(shí)測(cè)一階豎向頻率大于理論計(jì)算

值，該橋的整體剛度基本滿足設(shè)計(jì)要求。

（5）試驗(yàn)聯(lián)跨的阻尼比在正常范圍內(nèi)。

（6）在跑車、剎車、跳車荷載作用下時(shí)，跳車的振動(dòng)能量大于跑車與剎車，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響最大。為了降低跳車對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的影響，應(yīng)注意橋面平整，減少跳車情況發(fā)生，以延長橋梁的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]交通部公路科學(xué)研究所.大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2]交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院.公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程[M].北京：人民交通出版社，2011.