分析公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方法

曹鴻飛+齊攀攀

摘 要： 荷載試驗(yàn)是公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)中重要手段，能夠直接有效鑒定橋梁承載能力。以荷載試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并為后期施工提供參考依據(jù)，在橋梁科學(xué)合理養(yǎng)護(hù)、保障安全運(yùn)行等方面極具現(xiàn)實(shí)意義。本文主要對(duì)公路橋梁荷載試驗(yàn)方法進(jìn)行分析研究，以期為具體實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞： 荷載試驗(yàn)；公路橋梁檢測(cè)；應(yīng)用效果

伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不斷提升，公路橋梁建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對(duì)于其建設(shè)施工質(zhì)量提出更高要求。必須不斷優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升路橋工程穩(wěn)定性，滿足車輛通行需求。在路橋建設(shè)施工中，荷載試驗(yàn)是不可或缺重要環(huán)節(jié)，且技術(shù)含量相對(duì)較高，最終目的是評(píng)定橋梁運(yùn)營(yíng)承載能力，檢測(cè)整體受力性是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，保障路橋結(jié)構(gòu)安全。因此，在具體實(shí)踐中必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范，不斷提升檢測(cè)人員綜合素養(yǎng)，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一、公路橋梁荷載試驗(yàn)概述

對(duì)于公路橋梁的性能檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)從多個(gè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)公路橋梁在整體的結(jié)構(gòu)性能及其各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的工作性能方面可能存在的缺陷進(jìn)行全面、系統(tǒng)地檢測(cè)、試驗(yàn)及判斷。在公路橋梁的性能檢查過程中，通常測(cè)定公路橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，如公路橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

一般情況下，橋梁公路荷載試驗(yàn)包括動(dòng)載試驗(yàn)以及靜載試驗(yàn)兩種。其中，靜載試驗(yàn)的主要作用為將靜力荷載施加在橋梁公路中，從而較好的對(duì)橋梁及公路結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)確定試驗(yàn)荷載對(duì)橋梁及公路結(jié)構(gòu)的影響，該種影響主要包含應(yīng)變和撓度等。在相似條件下對(duì)比分析理論值及實(shí)測(cè)值，進(jìn)而將校驗(yàn)系數(shù)當(dāng)做衡量標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)參數(shù)，對(duì)公路橋梁的實(shí)際狀況及實(shí)際承受力進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)估。在對(duì)公路橋梁的實(shí)際承受力進(jìn)行評(píng)定時(shí)，應(yīng)通過富含理論的方法對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的、合理的計(jì)算，若公路橋梁結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)其建立有限元模型。有限元模型的主要依據(jù)是公路橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)圖紙，該種建立中隱藏了大量的簡(jiǎn)化以及理想化數(shù)據(jù)。在實(shí)際測(cè)量結(jié)果同模型計(jì)算結(jié)果之間出現(xiàn)一定的差異時(shí)，相關(guān)共組人員應(yīng)及時(shí)、正確修改有限元模型。對(duì)其修正可以通過動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行，修正對(duì)象為有限元模型中的物理學(xué)參數(shù)、幾何參數(shù)以及約束條件，進(jìn)而使得有限元模型的動(dòng)力特性同試驗(yàn)保持一致。

二、公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象及目的

1、荷載試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象

橋梁檢查包括經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查，橋梁損傷檢查包括承載力試驗(yàn)、健康監(jiān)測(cè)和無損檢測(cè)。其中，特殊檢查需要根據(jù)經(jīng)常檢查和定期檢查結(jié)果針對(duì)橋梁病害進(jìn)行專門現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)、驗(yàn)算和分析。橋梁特殊檢查中承載力校驗(yàn)主要通過荷載試驗(yàn)檢測(cè)手段。荷載試驗(yàn)并非對(duì)任何的公路橋梁都是必須的，一般情況下需對(duì)舊橋進(jìn)行荷載試驗(yàn)，但是在某些特殊情況下，新建橋梁也要進(jìn)行荷載試驗(yàn)。需檢測(cè)的橋梁有以下幾種：其一，沒有完整設(shè)計(jì)和施工資料，且施工質(zhì)量較低，未能完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求的；其二，竣工后在運(yùn)營(yíng)過程中橋梁主要承重構(gòu)件材料缺損嚴(yán)重影響橋梁整體結(jié)構(gòu)承載能力的；其三，橋梁需要通過超重車輛或橋梁荷載等級(jí)需要提高的；其四，橋梁經(jīng)過修復(fù)、重大加固或改建后需要對(duì)工程效果進(jìn)行驗(yàn)證的。

2、荷載試驗(yàn)檢測(cè)目的

橋梁荷載試驗(yàn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接加載測(cè)試的一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)工作，其目的是通過荷載試驗(yàn)，了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)，綜合分析、判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力和使用條件，橋梁荷載試驗(yàn)一般包括靜力荷載試驗(yàn)與動(dòng)力荷載試驗(yàn)兩部分。以靜態(tài)荷載為例，在開展公路橋梁靜態(tài)荷載試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在指定橋梁位置上設(shè)置相應(yīng)荷載，并對(duì)橋梁進(jìn)行靜應(yīng)變檢測(cè)、靜位移檢測(cè)以及裂縫檢測(cè)，根據(jù)獲得相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)來判斷檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)在荷載狀態(tài)下的工作狀況及使用能力。

三、公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方法分析

1、靜載試驗(yàn)檢測(cè)

（1）選定靜載試驗(yàn)內(nèi)力

不同類型的橋型需實(shí)施不同的加載實(shí)驗(yàn)。舉例而言，對(duì)于簡(jiǎn)支梁的橋梁結(jié)構(gòu)，其主要控制截面及內(nèi)容為主梁跨中截面正彎矩及撓度或者是梁端斜截面剪力；對(duì)于連續(xù)梁的梁橋結(jié)構(gòu)，其要控制截面及內(nèi)容為支點(diǎn)負(fù)彎矩、邊跨梁端剪力、邊跨1/4L正彎矩以及撓度、中跨跨中正彎矩及撓度；對(duì)于懸臂梁的橋梁結(jié)構(gòu)，其主要控制截面及內(nèi)容為支點(diǎn)負(fù)彎矩、梁端剪力、錨固跨最大正彎矩以及撓度、掛孔主梁跨中彎矩以及撓度、懸臂端撓度；對(duì)于鋼架橋的橋梁結(jié)構(gòu)，其主要控制截面及內(nèi)容為墩底彎矩、墩頂水平位移、邊跨1/4L正彎矩及撓度、中跨跨中正彎矩及撓度；對(duì)于斜拉橋的橋梁結(jié)構(gòu)，其主要控制截面及內(nèi)容為索力、塔腳內(nèi)力、塔頂水平位移、支點(diǎn)沉降、中跨跨中彎矩以及撓度等等。

（2）加載方案

在對(duì)試驗(yàn)荷載進(jìn)行確定之前，首先應(yīng)將公路橋梁結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)或者是期望荷載中控制截面產(chǎn)生的最不利的值進(jìn)行計(jì)算，將其合值當(dāng)做截面控制荷載，同時(shí)對(duì)荷載內(nèi)力影響線進(jìn)行計(jì)算。在允許實(shí)驗(yàn)條件中選用同控制荷載相似的荷載，通過對(duì)其內(nèi)力影響線中最為不利的荷載進(jìn)行計(jì)算，確定荷載試驗(yàn)。以各控制截面的試驗(yàn)最大荷載內(nèi)力的靜力荷載試驗(yàn)效率應(yīng)滿足以下條件：

應(yīng)滿足：0.80< <1.05

式中：表示為靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值

S表示為計(jì)入沖擊系數(shù)（1+）的控制荷載作用下控制界面最不利內(nèi)力值

為按規(guī)范采用的沖擊系數(shù)

當(dāng)加載分級(jí)比較方便時(shí)，按最大控制界面內(nèi)力平均分為3-4級(jí)，當(dāng)使用重車加載，可分為2-3級(jí)，若前期工作準(zhǔn)備不充分或是橋梁狀況較差，盡量增加加載分級(jí)。分級(jí)加載后的卸載可在分級(jí)加載后直接卸載，也可逐級(jí)加載完后分級(jí)卸載。若加載試驗(yàn)采用的是加卸載速度較快的車輛，可考慮在日間溫差相差較小的時(shí)段進(jìn)行。一般選用裝載重物的汽車或平板車，特殊情況下可使用施工車輛，當(dāng)僅為滿足控制截面內(nèi)力要求，可直接在橋面堆放重物或設(shè)置水箱。加載物需稱重，對(duì)于利用車輛進(jìn)行加載的情況，要將加載在車上的加載物對(duì)稱排列，保證其縱向軸兩邊質(zhì)量誤差控制在5%以內(nèi)。需注意的是，加載總量與加載位置一方面要保證橋梁安全，另一方面要能將橋梁實(shí)際受力及相應(yīng)變形狀況準(zhǔn)確檢測(cè)出來。

2、動(dòng)力荷載試驗(yàn)檢測(cè)

依據(jù)不同的測(cè)試目的，可以將公路橋梁動(dòng)力荷載試驗(yàn)分為跑車試驗(yàn)、跳車試驗(yàn)或者是脈動(dòng)試驗(yàn)等幾種。

（1）跑車試驗(yàn)

跑車試驗(yàn)在公路橋梁上主要是對(duì)汽車在公路橋梁上運(yùn)行時(shí)，其給公路橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)和激勵(lì)后車輛行駛后振動(dòng)衰減狀況進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。

（2）跳車試驗(yàn)

跳車試驗(yàn)即為沖擊試驗(yàn)，該種測(cè)試主要是指汽車在跨過高度為15cm的跳板后，對(duì)汽車附加質(zhì)量給公路橋梁結(jié)構(gòu)帶來的衰減振動(dòng)影響的測(cè)量，進(jìn)而很好的分析公路橋梁振動(dòng)性質(zhì)，確定公路橋梁的沖擊系數(shù)等等。

（3）脈動(dòng)試驗(yàn)

在公路橋梁面上沒有受到汽車行駛或者是其他因素帶來的周期性干擾力影響時(shí)，或者是沒有風(fēng)以及地面等微振環(huán)境因素影響下，公路橋梁本身受到的激勵(lì)為平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)寬帶隨機(jī)激勵(lì)。固有的頻率附近振動(dòng)為影響公路橋梁結(jié)構(gòu)的主諧量，此時(shí)可通過脈動(dòng)測(cè)試對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率進(jìn)行確定。

四、結(jié)束語

綜上所述，公路橋梁在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要地位，有效加強(qiáng)區(qū)間聯(lián)系，為人們?nèi)粘３鲂幸蔡峁O大便利，對(duì)于公路橋梁工程施工質(zhì)量提出更高要求。通過荷載試驗(yàn)?zāi)軌蛴行袛嘟Y(jié)構(gòu)承載能力，并以此為依據(jù)進(jìn)行后期養(yǎng)護(hù)管理，切實(shí)提升路橋工程安全性，滿足車輛通行需求?！?/p>

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