荷載試驗在公路橋梁檢測中的應(yīng)用效果評價

唐國文

（中鐵十九局集團(tuán)第七工程有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H10—2009）要求，必須對修建的橋梁進(jìn)行鑒定，橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用等因素影響下，會產(chǎn)生不同程度的損傷，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性檢測非常重要。對新建橋梁的檢測評估，對事故處理方法不當(dāng)?shù)仍虺霈F(xiàn)病害的橋梁需進(jìn)行鑒定，為橋梁竣工驗收，提高橋梁建設(shè)水平積累科學(xué)的數(shù)據(jù)資料。

1 橋梁結(jié)構(gòu)荷載常用檢測方法

表觀檢測方法是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測的重要手段，通過技術(shù)人員目視舊橋進(jìn)行全面檢測，以量化方式評估各構(gòu)件的損傷情況，此評估方法是較直觀的方法，適宜較大范圍橋梁普查分級，是橋梁檢測中的常用方法。此方法對承載力判斷僅為初步判斷，較難保證評定精度，評估方法的效能與檢測人員的專業(yè)能力相關(guān)啊，評判標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一。為獲取全部結(jié)構(gòu)性能需設(shè)置較多的檢測點。結(jié)構(gòu)局部構(gòu)件得出的檢測結(jié)果不能反映全部整體性能[1]。

局部檢測通過對某個損傷較嚴(yán)重的局部構(gòu)件進(jìn)行非破壞性檢測，可采用各種技術(shù)儀器進(jìn)行有效檢測。

靜態(tài)檢測法是對橋梁進(jìn)行靜荷載實驗，橋梁結(jié)構(gòu)靜荷載實驗是根據(jù)橋梁設(shè)計荷載等級，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，測試橋梁上部結(jié)構(gòu)的靜態(tài)響應(yīng)。根據(jù)測試結(jié)果與理論計算值對比，采用物理力學(xué)概念與規(guī)范與常規(guī)設(shè)計相同。荷載實驗法多用于橋梁實際工作狀態(tài)不明確情況下評價?？山档蜆蛄涸u價中的不確定性，但此方法加載時間長，成本較高。

橋梁結(jié)構(gòu)要承受車輛荷載等多種復(fù)雜因素影響，動態(tài)檢測法是對橋梁進(jìn)行動荷載的實驗，如行駛汽車荷載作用于橋梁結(jié)構(gòu)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)在動力荷載下受沖擊的影響。動載試驗?zāi)康氖茄芯繕蛄航Y(jié)構(gòu)的動力性能，如沖擊系數(shù)是確定車輛荷載作用的重要技術(shù)參數(shù)，橋梁過大振動可引起車輛的不適感，外荷載可能引起橋梁結(jié)構(gòu)的共振。靜力荷載實驗是動力荷載實驗的基礎(chǔ)，一般先作靜力荷載試驗測定有關(guān)結(jié)構(gòu)特性參數(shù)。

2 橋梁結(jié)構(gòu)荷載實驗簡介

橋梁結(jié)構(gòu)荷載實驗是直接在橋梁結(jié)構(gòu)加載的科學(xué)實驗共振，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力，荷載實驗可分為靜載與動載實驗，橋梁荷載實驗可以是實橋?qū)嶒灮驑蛄航Y(jié)構(gòu)模型室內(nèi)實驗，荷載實驗多采用實橋現(xiàn)場加載實驗。

荷載實驗的主要目的是評定既有橋梁的結(jié)構(gòu)實際承載能力，驗證發(fā)展新結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論[2]。橋梁結(jié)構(gòu)靜載實驗分為結(jié)構(gòu)考察與實驗方案設(shè)計和測試結(jié)果分析。整個實驗成敗很大程度上取決于實驗前的準(zhǔn)備工作，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康?，考察實驗橋梁的現(xiàn)狀，進(jìn)行必要的理論分析，要全面開始試驗前的各項準(zhǔn)備工作。確定實驗人員組織及分工、儀器組配及標(biāo)定等。

準(zhǔn)備工作完成后，對各測試儀器進(jìn)行觀測，應(yīng)嚴(yán)格按實驗方案進(jìn)行。保證實驗?zāi)苡行蜻M(jìn)行，測試記錄人員應(yīng)認(rèn)真測讀，有效保證實驗數(shù)據(jù)正確無誤，保證實驗正常進(jìn)行。

通過加載測試后得到原始數(shù)據(jù)，圖像描述是荷載實驗的重要資料，實際工作難免繁瑣，需對其進(jìn)行分析處理得出科學(xué)的結(jié)論。

3 橋梁荷載實驗的應(yīng)用

3.1 實驗方案設(shè)計

實驗方案設(shè)計是橋梁靜載試驗的重要環(huán)節(jié)，實驗方案設(shè)計包括實驗對象的選擇，測點布設(shè)，加載方案設(shè)計等方面[3]。橋梁靜載實驗要能客觀評定結(jié)構(gòu)的承載能力狀態(tài)，需進(jìn)行必要的簡化，對結(jié)構(gòu)形式不同的橋跨結(jié)構(gòu)應(yīng)選取具有代表性的孔進(jìn)行實驗，實驗對象選擇應(yīng)考慮計算受力狀態(tài)最不利的實驗孔，搭設(shè)腳手架及荷載方便的實驗孔。

實驗荷載工況的選擇應(yīng)能反映橋梁結(jié)構(gòu)最不利的受力狀態(tài)獲得結(jié)構(gòu)中內(nèi)力變化幅度大的截面位置信息，根據(jù)沖擊系數(shù)計算截面最不利的活載內(nèi)力形式，加載實驗項目設(shè)計應(yīng)抓住重點，應(yīng)根據(jù)橋型與規(guī)模尋找主要內(nèi)力設(shè)計荷載狀況，如橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜規(guī)模較大應(yīng)設(shè)若干附加荷載工況。

測試截面內(nèi)力與應(yīng)力分布通過應(yīng)變反映，如何正確布置測點對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析非常重要。測點布置應(yīng)遵循必要、方便觀測的基本原則，應(yīng)在結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力與撓度處布設(shè)主要測點。對組合體系的橋梁結(jié)構(gòu)，結(jié)合各類橋梁確定其主要測點布設(shè)位置。

3.2 實驗控制荷載

根據(jù)橋梁調(diào)查與檢算工作深度要求，在撓度沿縱向或控制截面橋?qū)挿较蚍植?，?yīng)變沿截面高度分布，墩臺沉降與轉(zhuǎn)角，剪切應(yīng)變等處增設(shè)測點。為保證荷載實驗效果，必須先確定實驗的控制荷載。分別計算汽車人群荷載，掛車荷載等對結(jié)構(gòu)控制截面產(chǎn)生內(nèi)力最不利值進(jìn)行比較。實驗荷載應(yīng)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相同，實際采用的實驗荷載難以與實際保持一致，實際軸重與標(biāo)準(zhǔn)荷載不同。

為保證加載過程安全，對橋梁各主要工況加載時應(yīng)分級進(jìn)行。加載分解較方便時可按最大控制截面內(nèi)力荷載工況分為4 級，應(yīng)盡量增多加載分級。采用重物直接加載方式周期較長，實驗加載時間應(yīng)安排在晚上10 點后，如夜間實驗照明困難，可在晝間進(jìn)行實驗。

3.3 荷載實驗分析

實驗現(xiàn)場得到的數(shù)據(jù)是龐雜的，需對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行在整理分析，最后得出承載能力狀態(tài)評定的科學(xué)結(jié)論[4]。

橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性包括固有頻率等，與外荷載等條件無關(guān)。結(jié)構(gòu)動力特性是橋梁承載能力狀態(tài)評定的重要參數(shù)。結(jié)構(gòu)各部位動力響應(yīng)，反映橋梁結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的受力狀態(tài)，橋梁結(jié)構(gòu)動載實驗要揭示橋梁結(jié)構(gòu)震動的內(nèi)在規(guī)律。

動載實驗測試的目的是測定橋梁結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)，測定橋梁荷載自身的動力特性。阻尼比是反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)耗散能量的量度，阻尼比越大，說明橋梁結(jié)構(gòu)振動衰減越快，過大的阻尼比說明結(jié)構(gòu)可能存儲開裂等現(xiàn)象。動撓度與相應(yīng)的靜撓度比值為活荷載沖擊系數(shù)，活載沖擊系數(shù)綜合反映荷載對橋梁的動力作用。

4 橋梁荷載實驗工程實例

濱湖橋位于廣東省佛山市，橋跨為15 m+20 m+15 m，車行道24 m，設(shè)計荷載為汽車-20，人群3.5 kN/m3，橋梁主要由主梁、橋臺、橋墩組成。

主梁是普通混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，梁高1 m，各梁間距1.85 m，橋面設(shè)置了較強(qiáng)的13 道橫梁，V 型墩由兩個變截面桿組成，V型墩底部標(biāo)高17.1m，橋墩下共有6 根樁，樁長17 m 距離樁底設(shè)計標(biāo)高2 m 處開始擴(kuò)孔至2 m，6 根樁用1.5 m 高的承臺連接，橋臺下共有8 根長18 m 直徑1.2 m 的樁，擋土墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻[5]。為檢驗橋梁結(jié)構(gòu)特性是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，對橋梁進(jìn)行檢測及荷載實驗。取得關(guān)鍵部位的受載應(yīng)力及變形等重要數(shù)據(jù)，為維修加固工作提供依據(jù)。

橋梁現(xiàn)有狀況檢測范圍包括橋梁上下部結(jié)構(gòu)檢查，橋梁維護(hù)結(jié)構(gòu)的檢查，線型與標(biāo)高的量測。檢測橋梁構(gòu)件有無破損、開裂、積水等現(xiàn)象，標(biāo)測出具體位置。

橋面存在大面積的坑洼不平，形成深20 mm 不規(guī)則的散布坑洼，局部鋪裝層鋼筋露出。橋面板，橫梁存在露筋現(xiàn)象，鋼筋銹蝕嚴(yán)重?；炷撩撃，F(xiàn)象可不予修補(bǔ)。

橫梁兩側(cè)邊普遍存在豎向裂縫，分布在梁跨中，部分縱梁與H7 交匯處附近有裂縫，最大寬度為0.2 mm。裂縫處于梁的腰部向梁底延伸，因鋼構(gòu)橋整體性強(qiáng)，混凝土收縮等作用下易造成開裂。

橋臺存在多處裂縫，其中一處為橋臺結(jié)構(gòu)開裂，裂縫未顯陳舊，必須采取處理措施，防止影響使用安全。V 型橋墩細(xì)密龜狀粉刷層裂紋，主要為過往游船撞擊所致。

橋梁兩端設(shè)置了橡膠板伸縮縫，伸縮縫有近1/2 長度的橡膠已破壞。橋臺伸縮縫間雨水沖刷大面積泥沙污跡。伸縮縫破損嚴(yán)重?？v梁端底面與橋臺支座區(qū)域存在大量施工留下的木模板殘片，對支座產(chǎn)生一定的影響。搭板兩端支撐存在寬大裂縫，應(yīng)為連接與粉飾層開裂。

5 結(jié)束語

對佛山市大橋現(xiàn)狀檢查，在動荷載作用下的動力特性測試?，F(xiàn)狀檢查結(jié)果表明，橋梁一側(cè)橋臺開裂是結(jié)構(gòu)性損壞，其原因可能系基礎(chǔ)沉降不均等多種因素造成。橋臺損壞必須盡快適當(dāng)處理。橫梁普遍存在豎向裂縫，主要原因為混凝土結(jié)構(gòu)收縮等作用影響產(chǎn)生。應(yīng)采取措施防止鋼筋銹蝕。橋梁伸縮縫急需修理更換。