靜載試驗在橋梁承載能力檢測中的應用

顏俊波

（浙江公路技師學院，杭州310023）

1 引言

靜載試驗主要用來檢驗橋梁的承載力，可以科學、直觀地反映檢測結(jié)果。該試驗方法的應用對判斷橋梁整體結(jié)構(gòu)能否符合承載需求至關(guān)重要，因此，該試驗技術(shù)的應用獲得了業(yè)內(nèi)人士的高度重視[1]。尤其是隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的大型橋梁工程逐漸增多，承載力不過關(guān)很容易產(chǎn)生巨大的損失。

2 靜載試驗的基本內(nèi)容

靜載試驗是對橋梁結(jié)構(gòu)進行整體性能測試時常用的一類試驗。這類試驗主要通過在橋梁的控制截面施加靜止荷載，進行一系列關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應力、位移和裂縫等參數(shù)的測試。測試完成后，評估經(jīng)過荷載作用的橋梁結(jié)構(gòu)的應用狀況和實際工作效應分析，能夠更有效地測試出在靜止荷載作用下的橋梁形態(tài)變化和控制截面的應變分布規(guī)律。通過這些測試內(nèi)容，可以進一步檢測橋梁是否滿能達到實際運營要求，并且經(jīng)過檢測數(shù)據(jù)和理想承載數(shù)據(jù)的對比，對橋梁的質(zhì)量、使用狀況做出綜合性的評估。

3 靜載試驗的主要步驟

3.1 試驗方案的編制

進行公路橋梁靜載試驗檢測方案編制前，應先對橋梁各結(jié)構(gòu)進行調(diào)查與檢算。試驗檢測方案的內(nèi)容一般包括工程概況、試驗目的、試驗依據(jù)、檢測設(shè)備及人員、測試橋跨選取原則、測試截面、試驗工況、測試內(nèi)容及方法、試驗荷載及控制荷載、測點布置、試驗過程控制及數(shù)據(jù)分析。

3.2 科學的計算與分析

設(shè)計資料和相關(guān)數(shù)據(jù)收集完成后，要進行數(shù)據(jù)計算和分析。在此項工作之前，還應謹慎地檢查收集資料是否有遺失，是否符合計算分析的要求。全部資料數(shù)據(jù)符合分析需求之后，采用橋梁空間有限元分析軟件Midas或平面桿系軟件橋梁博士對整體橋梁結(jié)構(gòu)進行分析。

3.3 試驗工況及截面選定

一般情況下，橋梁設(shè)計是按照最不利工況進行控制，偏載工況往往是最不利荷載工況，它能夠反映橋梁結(jié)構(gòu)的實際受力及變形與設(shè)計狀態(tài)的不同；同時為了反映橋梁結(jié)構(gòu)的一般特性，荷載工況也是靜載試驗方案不可或缺的一部分[2]。

對邊梁進行增大截面的多片梁橋，應綜合考慮結(jié)構(gòu)對稱增加橫向偏載工況；對于結(jié)構(gòu)受力裂縫超過規(guī)范限值的構(gòu)件，應在具有代表性位置增加中、偏載試驗工況。

通常情況下，應根據(jù)按照理論計算分析得出的彎矩或剪力包絡圖、撓度包絡圖及主要控制截面應力分布圖，按最不利原則選取截面，擬定試驗工況。

3.4 測試內(nèi)容及方法

橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗的測試應包含對結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應力、位移和裂縫等內(nèi)容的測試，在試驗的加載過程中，要對可能出現(xiàn)的異常狀況進行關(guān)注。應力應變測試主要是對截面的受壓和受拉區(qū)進行測試；位移測試主要對截面的撓度、支點沉降、縱橫向位移、索塔三維坐標進行測試。通過觀察結(jié)構(gòu)在整個試驗過程中的振動、聲響以及裂縫的變化判斷結(jié)構(gòu)的使用性能。

對于采用增大截面、粘貼鋼板、粘貼碳纖維布、新增構(gòu)件或更換構(gòu)件等方法進行加固的橋梁，新舊材料的黏結(jié)性能是保證二者共同受力的關(guān)鍵，通過靜載試驗測試，可以檢測二者在同一位置處的應力與應變，從而判斷二者在試驗荷載作用下是否共同受力。對于采用體外預應力加固的橋梁結(jié)構(gòu)，受彎構(gòu)件體外預應力鋼束的偏心距對結(jié)構(gòu)受力有一定的影響，因此，合理控制體外預應力鋼束在橋梁使用階段的偏心距，是提高加固后橋梁承載力的一種手段。

3.5 試驗荷載及控制荷載

靜載試驗一般根據(jù)試驗目的確定控制荷載，交付階段的竣工驗收荷載試驗以設(shè)計荷載作為控制荷載；否則以目標荷載作為控制荷載。實際采用的試驗荷載和控制荷載往往不同，為了保證試驗效果，通常采用控制截面的荷載來控制。另外，進行大型車輛荷載試驗時，要充分考慮軸重和輪位的模擬荷載，必要時增加橋面板局部承載計算分析。

3.6 測點布置

應變測點布置要充分考慮截面高度及寬度2個方向的受力特征；位移測點布置應能夠反映結(jié)構(gòu)最大變位及其變化規(guī)律；索塔的偏位測試應綜合考慮三維坐標體系。測點布置這一步驟也十分關(guān)鍵，研究布置點的受力特征時，建議使用更精密的儀器來收集相關(guān)數(shù)據(jù)，以便于準確的數(shù)據(jù)分析，受力特征總結(jié)。

3.7 試驗過程控制

正式加載前，首先應對結(jié)構(gòu)實施預加載，然后對結(jié)構(gòu)進行分級加載，一般情況下，可以分3～5級，當橋梁技術(shù)資料不全或驗算不到位時，可以增加分級次數(shù)；在加載或卸載過程中，非控制截面的內(nèi)力或變形應不超過控制荷載作用下的最不利值；加卸載穩(wěn)定時間取決于結(jié)構(gòu)變形達到穩(wěn)定需要的時間，一般情況下，在同一級荷載內(nèi)，變形最大的測點，在最后5min內(nèi)的增量小于第一個5min內(nèi)增量的15%，或小于儀器設(shè)備的最小分辨值時，則認為結(jié)構(gòu)達到穩(wěn)定狀態(tài)。在加載過程中，當出現(xiàn)主要控制測點應變、變形達到或超過理論計算值、裂縫數(shù)量、長度、寬度明顯增加、索力增量超過計算值及橋梁發(fā)出異常響聲時，應及時停止加載，快速查找原因并解決問題，以高效率掌控住整個試驗局面。

3.8 試驗數(shù)據(jù)處理與分析

試驗結(jié)束后，應對試驗數(shù)據(jù)進行分析。首先考慮溫度的變化對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，必要時對溫度影響進行修正；當對有沉降的支點進行撓度計算時，應扣除支點沉降變形；然后計算橫向增大系數(shù)，因為它反映了結(jié)構(gòu)荷載不均勻分布的程度；一般情況下，應變或撓度測點校驗系數(shù)都小于1，校驗系數(shù)越小，橋梁結(jié)構(gòu)安全儲備就越大，如果存在過小或者過大的情況，應從材料強度、彈性模量、鋪裝及人行道是否共同受力、車輛過磅情況、加載位置及儀器設(shè)備讀數(shù)等方面查找原因，必要時再次進行靜載試驗；對于主要控制截面測點的相對殘余變形或應變越小的狀況，結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般情況下不大于20%；在試驗荷載的作用下，新橋的裂縫寬度不應超過規(guī)范容許值，卸載后的擴展寬度應閉合到容許值的1/3；對于在役橋梁裂縫寬度進行要求時，不得超過規(guī)范規(guī)定的限值。

4 結(jié)語

綜上所述，本文簡要總結(jié)了靜載試驗的主要測試內(nèi)容和方法，以及靜載試驗對檢測橋梁承載力的重要意義。對于檢測技術(shù)人員，應從整體上掌握橋梁靜載試驗檢測工作的關(guān)鍵內(nèi)容，做好理論計算、加載控制程序以及數(shù)據(jù)處理分析等各方面工作。當橋梁靜載試驗較難判斷結(jié)構(gòu)承載能力時，通常結(jié)合動載試驗共同研究分析，從而推動交通運輸業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。