荷載試驗(yàn)在公路橋梁檢測中的應(yīng)用分析

胡小良

摘要：結(jié)合某橋梁工程實(shí)例，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，通過研究分析獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果，系統(tǒng)性判斷橋梁的結(jié)構(gòu)性能，以期為公路橋梁檢測中靜載試驗(yàn)的正確應(yīng)用提供有效參考。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn);公路橋梁;檢測

近年來，交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度顯著加快，道路年均車流量明顯增多，在帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對公路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)度與承載力等性能水平提出了更高要求。隨著使用時(shí)間的不斷延長，橋梁的各方面性能必然會逐漸下降，實(shí)施荷載試驗(yàn)，了解并掌握其結(jié)構(gòu)性能以及質(zhì)量安全情況，采取科學(xué)可行的加固措施，對于保障公路橋梁在實(shí)際使用期間的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1工程概況

以某地一公路橋梁施工工程為例，其主體結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，觀察分析其在實(shí)際運(yùn)營過程中的使用狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其存在局部不穩(wěn)的問題現(xiàn)象，不穩(wěn)定的橋梁結(jié)構(gòu)對過往車輛的同行安全產(chǎn)生了極大威脅。針對這一問題情況，決定選用粘貼鋼板的技術(shù)形式，有效加固處理主梁。根據(jù)獲取的調(diào)查資料得知，T梁的局部濕接縫與橫隔板的接頭位置處存在斷裂、開裂等情況，因此在組織開展加固處理作業(yè)時(shí)，需預(yù)先鑿除這一部分，然后將內(nèi)部的構(gòu)造鋼筋拆除，接下來對其予以重新配筋，完成模板施工工作即可。除此以外，為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與完整性，需在此處澆筑適宜的混凝土材料，優(yōu)化加固施工效果。舊有的橡膠支座、伸縮縫已嚴(yán)重受損，因此需對其全部換新。

2橋梁靜態(tài)試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)性能分析

2.1靜態(tài)試驗(yàn)

（1）加載位置的選擇。要確保加載位置選擇的合理性與可行性，科學(xué)確定加載工況，應(yīng)與公路橋梁的具體情況緊密結(jié)合，預(yù)先準(zhǔn)備好相應(yīng)的加載車輛，通過偏心加載試驗(yàn)，檢測邊梁二分之一截面抵抗最大正彎矩，測試其抗彎剛度性能。

（2）對于關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的設(shè)定。在靜態(tài)試驗(yàn)工作正式開展前，工作人員需著重明確試驗(yàn)過程中涉及到的各個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，包括車軸間距大小、車輛的總重等，確保荷載試驗(yàn)得以按照設(shè)計(jì)方案有序進(jìn)行[1]。

（3）試驗(yàn)荷載過程中采用的分級方法。對橋梁結(jié)構(gòu)截面的位移、最大內(nèi)力逐一確定后，可以按照多個(gè)等級的形式對其進(jìn)行劃分，一般情況下，以四至五級為宜，確保荷載試驗(yàn)?zāi)軌蛞噪A段性的形式有序落實(shí)。若是實(shí)際試驗(yàn)過程中，在時(shí)間、進(jìn)度等其他方面具有一定限制，則可以結(jié)合具體情況適當(dāng)減少分級量。偏心加載試驗(yàn)這一T梁橋二分之一截面時(shí)，按照六級的分級形式，逐步完成荷載的施加。此外，按照四個(gè)等級的形式完成這一截面對稱加載處理。

（4）試驗(yàn)時(shí)間的把控。橋梁靜態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果主要會受到環(huán)境溫度等因素的干擾與影響，因此在充分考慮到這一情況的基礎(chǔ)上，選擇在適宜的夜間環(huán)境下，組織開展靜態(tài)試驗(yàn)工作，最大限度內(nèi)減少外部環(huán)境及其他干擾因素給試驗(yàn)作業(yè)帶來不利影響，爭取獲得真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果[2]。

（5）預(yù)加載處理。對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載時(shí)，關(guān)鍵點(diǎn)在于科學(xué)把控加載量，一般情況下，以20%-30%的最大加載量為宜。在正式進(jìn)行預(yù)加載前，工作人員應(yīng)嚴(yán)格檢查每一項(xiàng)試驗(yàn)條件，尤其是試驗(yàn)參與人員的配置、所用儀器儀表的精度與使用性能等情況，確定所有準(zhǔn)備工作無誤后，再實(shí)施預(yù)加載。

（6）合理界定停止加載的條件。在逐步推進(jìn)加載試驗(yàn)進(jìn)程的過程中，原本的結(jié)構(gòu)變位會發(fā)生改變，逐漸進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)。觀察到這一現(xiàn)象后，即可按規(guī)定流程進(jìn)行后續(xù)階段的施加荷載作業(yè)。但若是在實(shí)際試驗(yàn)階段內(nèi)出現(xiàn)以下幾種問題情況，工作人員需在第一時(shí)間內(nèi)停止荷載的施加：一是實(shí)測應(yīng)力過大，已明顯超出給定的理論計(jì)算值。二是實(shí)測點(diǎn)出現(xiàn)明顯向下變形情況，且測得的形變量已不在規(guī)范值范圍內(nèi)。三是在施加荷載期間，裂縫的長度或?qū)挾鹊汝P(guān)鍵參數(shù)明顯加大，亦或是裂縫深度大幅增加，除此以外，還有新的裂縫不斷出現(xiàn)，且縫寬與縫長大小明顯超出規(guī)定值。四是在實(shí)施加載階段內(nèi)，實(shí)測橋梁向下?lián)隙却笮∵^高，不在理論計(jì)算值范圍內(nèi)，亦或是得出的撓度曲線呈現(xiàn)的分布特征與原設(shè)計(jì)情況大幅偏離[3]。

2.2橋梁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）橋梁靜載試驗(yàn)的總體評價(jià)。研究分析獲取的靜載試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其與公路橋梁檢測的設(shè)計(jì)要求間基本統(tǒng)一，這說明所用的靜載試驗(yàn)方法是有效可行的，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)截面的真實(shí)性能特點(diǎn)直觀地反應(yīng)出來，得到的試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確有效。

（2）對橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際性能狀態(tài)的分析。對結(jié)構(gòu)撓度、應(yīng)變以及裂縫等多方面情況予以綜合考慮的基礎(chǔ)上，對橋梁結(jié)構(gòu)在工作過程中的實(shí)際性能狀態(tài)予以客觀評價(jià)：一是對橋梁結(jié)構(gòu)承載力的評價(jià)。靜態(tài)試驗(yàn)中，納入對滿載情況的考量，測得二分之一截面撓度測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)，范圍為0.88-0.91，二分之一截面應(yīng)變測點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù)，均值在0.32-0.73范圍內(nèi)，均符合不超過1.00的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，觀察各點(diǎn)校驗(yàn)值水平可以發(fā)現(xiàn)，其都在要求范圍內(nèi)，穩(wěn)定性較好，直觀體現(xiàn)出橋梁結(jié)構(gòu)整體具有相對較好的安全性，與規(guī)范的運(yùn)營要求相一致。二是對殘余撓度與應(yīng)變的評價(jià)分析。按照相關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)中主要測點(diǎn)的撓度與殘余應(yīng)變均需穩(wěn)定在0.20以內(nèi)。根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的實(shí)際情況，完成卸載操作后，對最大撓度測點(diǎn)予以確定，測得其對應(yīng)的相對殘余撓度的均值范圍為0.19-0.27，相對殘余應(yīng)變均值最低為0.05，最高為0.21，說明與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用要求相一致。三是對橋梁結(jié)構(gòu)抗裂性的分析。縱觀整個(gè)靜態(tài)試驗(yàn)過程，可知橫隔梁的側(cè)部、底部以及每片主梁都未出現(xiàn)明顯開裂的狀況，完整性相對較好，由此可以判斷，T梁橋的抗裂性能水平較高。四是對橋梁結(jié)構(gòu)剛度性能的分析[4]。對于主梁二分之一截面撓度，其限值是L/600，在進(jìn)行此次橋梁性能檢測的靜載試驗(yàn)時(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的過程參數(shù)，計(jì)算這一截面撓度限值為6.67厘米。且在滿載的實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，得出截面豎向撓度的最大值是2.039厘米，對比給定的標(biāo)準(zhǔn)限值，可知獲取的試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定要求相符。

3橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)性能分析

3.1橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

（1）脈動(dòng)試驗(yàn)。脈動(dòng)試驗(yàn)的開展條件是橋梁結(jié)構(gòu)面上沒有交通荷載的情況下，實(shí)施動(dòng)態(tài)試驗(yàn)主要涉及到對動(dòng)力測試系統(tǒng)的應(yīng)用，需要測定的重點(diǎn)內(nèi)容是微小振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程，通常情況下，隨機(jī)荷載激振作用與這一響應(yīng)時(shí)程的產(chǎn)生密切相關(guān)。在此過程中，需獲取的關(guān)鍵參數(shù)還包括橋梁自振頻率值等，便于系統(tǒng)性評價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中的動(dòng)力特征[5]。

（2）跑車試驗(yàn)。開展跑車試驗(yàn)，選用一輛或兩輛重達(dá)30噸的車輛，基準(zhǔn)值是橋梁的固有頻率，要求車輛在實(shí)際通行期間激發(fā)出的激振力大小與其相統(tǒng)一，以此達(dá)到形成共振的效果，產(chǎn)生較大的振動(dòng)響應(yīng)值。此次跑車試驗(yàn)中，控制車輛的行駛速度分別為15km/h、20km/h、25km/h、30km/h、35km/h。

（3）跳車試驗(yàn)。開展跳車試驗(yàn)，選用一輛重達(dá)30噸的車輛，在進(jìn)行正式試驗(yàn)前，試驗(yàn)人員需在主橋跨中位置處放置一個(gè)厚度大小適宜的墊木，自這一墊木下落后輪，在此期間橋梁結(jié)構(gòu)會受到來自車輛的強(qiáng)烈沖擊作用力，進(jìn)而產(chǎn)生較為明顯的上下振動(dòng)。借助于結(jié)構(gòu)動(dòng)力測試系統(tǒng)，對二分之一截面位置處動(dòng)撓度的最大值進(jìn)行檢測，在此基礎(chǔ)上獲取激振頻率值。

（4）剎車試驗(yàn)。使一重達(dá)30噸的車輛，向二分之一截面處以20千米每小時(shí)的速度行駛，待到達(dá)這一位置后，讓車輛急剎車，由于這一操作會使得車輛形成較大慣性，因而會給橋梁結(jié)構(gòu)帶來一定的沖擊力。組織開展剎車試驗(yàn)主要涉及到對動(dòng)力測試系統(tǒng)的使用，便于對測點(diǎn)動(dòng)撓度的最大值予以準(zhǔn)確檢測。測試系統(tǒng)的選擇需結(jié)合現(xiàn)有的檢測條件等實(shí)際情況，并適配精度較高的動(dòng)態(tài)傳感器，，以滿足數(shù)據(jù)測量在真實(shí)性與準(zhǔn)確性方面的規(guī)定要求。參照獲取的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建振動(dòng)時(shí)程曲線，得到阻尼、沖擊系數(shù)以及自振頻率等關(guān)鍵參數(shù)值。

3.2橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）基頻分析。此次動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，2.4912赫茲是基頻理論計(jì)算值，在完成檢測后，獲取的實(shí)際值是2.929赫茲，說明實(shí)測值偏大，超出理論值，由此可知與理論計(jì)算值相比，橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際振動(dòng)頻率更高，橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過程中的剛度性能也滿足規(guī)定要求。

（2）阻尼比分析。0.0813是結(jié)構(gòu)阻尼比的實(shí)測值，相比于經(jīng)驗(yàn)值更高，這說明在使用粘貼鋼板，完成對橋梁結(jié)構(gòu)的加固處理后，整個(gè)公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力顯著提升。

（3）沖擊系數(shù)分析。1.0289是橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的實(shí)測值，與1.1742的理論值相比，測得的沖擊系數(shù)相對偏小，說明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力性能在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

結(jié)束語：通過靜載試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，測試公路橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、抗裂型、基頻、沖擊系數(shù)以及阻尼比等關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，對比理論值，測得各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合公路橋梁性能規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

[1]許凱泉，雷袁歐憶.關(guān)于公路橋梁檢測質(zhì)量控制及檢測技術(shù)的應(yīng)用分析[J].中國水運(yùn)，2019（11）：112-113.

[2]胡四海.公路橋梁檢測及評價(jià)技術(shù)綜述[J].江西建材，2019（10）：32+34.

[3]張勝.公路橋梁檢測中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用初探[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2019（18）：189-190.

[4]葛恒奇，謝勇，曹少輝.在役農(nóng)村公路橋梁檢測技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（17）：107-108.

[5]姚俊.維修加固技術(shù)在公路與橋梁檢測中的合理運(yùn)用探討[J].門窗，2019（15）：232.