橋梁施工階段單梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算方法分析探討

□文 /黃小國(guó)

橋梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算是確定橋梁靜載試驗(yàn)加載方案的最基本數(shù)據(jù)，若靜載試驗(yàn)效率計(jì)算不準(zhǔn)確或誤差較大，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)橋梁靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤或試驗(yàn)方案的失敗，而對(duì)橋梁工作狀況做出錯(cuò)誤的判斷，通常靜載試驗(yàn)的步驟如下：

1）準(zhǔn)備工作收集資料；

2）確定控制荷載；

3）計(jì)算試驗(yàn)效率；

4）計(jì)算加載噸位；

5）確定加載方案；

6）現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)；

7）數(shù)據(jù)分析處理；

8）靜載試驗(yàn)結(jié)論。

由以上步驟可看出，橋梁靜載試驗(yàn)效率的計(jì)算是確定橋梁靜載試驗(yàn)加載方案的前提，若無靜載試驗(yàn)效率，則不能確定加載方案及具體的加載噸位。

橋梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算最基本的原則是等效。試驗(yàn)過程中采用加載物產(chǎn)生的效應(yīng)與橋梁控制荷載產(chǎn)生的效應(yīng)一致或接近一致，通過測(cè)試構(gòu)件的實(shí)際響應(yīng)值與理論計(jì)算響應(yīng)值對(duì)比分析來判斷橋梁的實(shí)際工作狀況。

對(duì)于成橋的荷載試驗(yàn)，其加載效率計(jì)算較為簡(jiǎn)單，因其已完成所有的施工階段，目標(biāo)荷載容易確定，通常為根據(jù)目標(biāo)荷載確定的設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)[1]。

對(duì)于施工階段的單梁靜載試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載[2]則較難確定，具體的計(jì)算方法及思路在現(xiàn)有的規(guī)范、規(guī)程中并未提及，試驗(yàn)效率的計(jì)算方法就更難確定，若不能明確試驗(yàn)效率，則具體的加載方案不能確定。

施工階段單梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算總體原則應(yīng)與成橋靜載試驗(yàn)一致，可參考成橋靜載試驗(yàn)效率的計(jì)算方法及計(jì)算原理，均采用“效應(yīng)等效”原理。

1 成橋靜載試驗(yàn)效率計(jì)算方法

對(duì)于成橋靜載試驗(yàn)效率的計(jì)算，根據(jù)不同的加載工況需求，通常采用控制截面的彎矩效應(yīng)值或剪力效應(yīng)值等來計(jì)算靜載試驗(yàn)效率。即實(shí)際加載物產(chǎn)生的控制截面效應(yīng)值與目標(biāo)荷載控制截面效應(yīng)一致或接近一致（一般試驗(yàn)效率為0.95～1.05，對(duì)交竣工驗(yàn)收為0.85～1.05)。

控制荷載通常為設(shè)計(jì)荷載或目標(biāo)荷載中的汽車荷載或驗(yàn)算荷載，控制荷載作用下在控制截面產(chǎn)生的理論效應(yīng)值可按常規(guī)的力學(xué)方法求得。

根據(jù)初步確定的加載方案，按常規(guī)力學(xué)方法求得加載方案下控制截面的效應(yīng)值，即可得出該加載方案下的靜載試驗(yàn)效率，若靜載試驗(yàn)效率滿足要求，則加載方案可以實(shí)施，否靜載試驗(yàn)效率過大或過小，則應(yīng)調(diào)整相應(yīng)加載方案后重新計(jì)算試驗(yàn)效率，直到滿足要求后方案可正式實(shí)施。

對(duì)于成橋靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)效率[3]可按下式取用。

式中：ηq為靜載試驗(yàn)效率；SS為靜載試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面內(nèi)力或位移的最大計(jì)算效應(yīng)值；S為控制荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面內(nèi)力或位移的最不利效應(yīng)計(jì)算值；μ為按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)[1]。、

2 施工階段單梁靜載試驗(yàn)控制荷載確定方法分析

施工階段的單梁一般指預(yù)制裝配施工方法中的預(yù)制構(gòu)件，對(duì)其質(zhì)量有懷疑或其他原因需要確定構(gòu)件的工作狀況時(shí)，可采用靜載試驗(yàn)的方法對(duì)構(gòu)件的工作狀況進(jìn)行驗(yàn)證。

因單梁處于施工過程中的某一階段，須經(jīng)歷完整的施工過程，承受二期恒載，然后承受使用階段的活載。

某些預(yù)制構(gòu)件在設(shè)計(jì)中有附加截面，預(yù)制完成的構(gòu)件最終僅承受部分二期恒載及部分活載，預(yù)制構(gòu)件僅為組合構(gòu)件的其中一部分，故其后續(xù)受力階段的荷載分配等效模擬較為復(fù)雜及困難且根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式及施工工藝等條件影響，后續(xù)階段的受力模式也有較多的變化，需進(jìn)行復(fù)雜的受力分析。鑒于以上情況，將施工階段單梁靜載試驗(yàn)效率的計(jì)算分為兩種情況進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。

第一種情況為構(gòu)件預(yù)制完成后無附加截面參與受力，由預(yù)制完成的構(gòu)件承受所有的二期恒載及設(shè)計(jì)汽車活載的橫向分布。

第二種情況為構(gòu)件預(yù)制裝配完成后有附加截面參與受力，則受力模式可劃分為分以下幾個(gè)受力階段：第一階段為附加截面施工階段，僅由預(yù)制構(gòu)件承受附加截面產(chǎn)生的恒載（即部分二期恒載）；第二個(gè)階段為二期恒載施工階段，由預(yù)制構(gòu)件與一階段的附加截面共同承受其余的二期恒載（鋪裝、混凝土護(hù)欄等）；第三個(gè)階段為投入使用階段，預(yù)制構(gòu)件與參與受力的附加截面共同承受第二階段的恒載與通過橫向分配的汽車及人群等活載。

對(duì)于第一種情況，其目標(biāo)荷載較容易確定，其只有一個(gè)受力階段，其荷載效應(yīng)也容易確定，可采用該受力階段的理論彎矩值作為其目標(biāo)荷載的效應(yīng)值。對(duì)于第二種情況，其目標(biāo)荷載效應(yīng)須按不同的受力階段分別確定，每個(gè)受力階段的荷載均為目標(biāo)荷載的一部分，每個(gè)階段的目標(biāo)荷載效應(yīng)值組合疊加后的效應(yīng)作為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載的總效應(yīng)值。

3 單梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算分析

單梁靜載試驗(yàn)效率的計(jì)算也同樣分兩種情況進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)第一種情況即無附加截面受力的情況，可按加載方案計(jì)算彎矩值與目標(biāo)荷載彎矩效應(yīng) (目標(biāo)荷載應(yīng)乘以沖擊系數(shù))比值求得。

對(duì)第二種情況，作為組合截面的后兩個(gè)受力階段，其組合后的截面形式、截面特性、構(gòu)件剛度均有變化，對(duì)于需要進(jìn)行靜載試驗(yàn)的構(gòu)件僅為組合截面的其中一部分，確定其具體的效應(yīng)值則有較大困難。由于計(jì)算組合截面其中一部分的彎矩效應(yīng)值需要采用復(fù)雜的計(jì)算方法方可確定，那么若采用計(jì)算每一階段撓度值的方法確定目標(biāo)荷載作用下的位移效應(yīng)值，則簡(jiǎn)化了計(jì)算方法。

構(gòu)件控制總位移效應(yīng)：第一受力階段位移+第二受力階段位移+第三受力階段位移。因在各受力階段的位移效應(yīng)計(jì)算值中已考慮了截面及剛度的影響因素，故對(duì)總體計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)化。以有附加截面參與受力的T梁構(gòu)件為例，見圖1。

圖1 T梁構(gòu)件加載

則靜載試驗(yàn)效率與常規(guī)的計(jì)算方式不一致，計(jì)算式如下：

式中：ηq為靜載試驗(yàn)效率；Δ為靜載試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的加載控制截面位移最大計(jì)算效應(yīng)值；Δ1、Δ2、Δ3為各階段荷載產(chǎn)生的同一加載控制截面位移的最不利效應(yīng)計(jì)算值；μ為按規(guī)范取用的沖擊系數(shù)。

由式（2）看出，沖擊系數(shù)僅對(duì)第三個(gè)受力階段有影響，對(duì)恒載增加階段則沒有影響。

作為施工過程中的構(gòu)件，單梁的截面形式及截面特性隨不同施工階段而變化，荷載效應(yīng)值也跟隨變化，故需根據(jù)每一施工過程中的受力情況變化及使用中的荷載情況，詳細(xì)分析每一階段的效應(yīng)變化及其組合情況，確定其目標(biāo)荷載的效應(yīng)值，計(jì)算靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)效率，然后調(diào)整具體的靜載試驗(yàn)加載方案方可確保靜載試驗(yàn)順利完成。

4 結(jié)語

由于現(xiàn)行的荷載試驗(yàn)規(guī)程中無明確具體的計(jì)算說明，施工階段單梁靜載試驗(yàn)效率計(jì)算方法及原則與成橋試驗(yàn)略有不同，按構(gòu)件是否有附加截面參與受力分析從構(gòu)件預(yù)制到正常使用階段的具體受力變化過程分為兩種情況進(jìn)行計(jì)算。若構(gòu)件無附加截面,可參照成橋靜載試驗(yàn)計(jì)算方法計(jì)算單梁的試驗(yàn)效率及分級(jí)加載重量量；若構(gòu)件有附加截面參與受力則應(yīng)具體分析構(gòu)件從預(yù)制到使用階段的位移效應(yīng)作為計(jì)算試驗(yàn)效率的計(jì)算參數(shù)，從而確定具體的加載重量計(jì)試驗(yàn)方案。