橋梁靜載試驗檢測技術(shù)研究

文/毛訓(xùn)波、楊濤

1 前言

從我國橋梁數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，混凝土結(jié)構(gòu)形式的橋梁項目高達(dá)9 成，但橋梁在長期服役過程中會受到來自自然災(zāi)害與車輛荷載的影響，使其安全性、耐久性強度下降，給車輛的通行與人們的出行造成很大影響。就現(xiàn)狀而言，靜載試驗是目前橋梁運行狀態(tài)檢測的主要方式，靜載試驗檢測技術(shù)效果好，不會給橋梁結(jié)構(gòu)帶來任何的損害，且能夠在靜載運行基礎(chǔ)上分析橋梁承載性能是否可以達(dá)到工程的運行需要。故而在橋梁靜載試驗檢測環(huán)節(jié)中，對各個檢測要點進(jìn)行管控、保證技術(shù)的應(yīng)用能夠真實反映出結(jié)構(gòu)性能非常重要[1]。

2 靜載試驗檢測簡介

橋梁靜載試驗也可以叫作靜態(tài)檢測法，主要是通過樁頂逐級向下加入一定的壓力、推力等，然后通過先進(jìn)設(shè)備檢測其沉降量、水平位移量等參數(shù)，從而確定單樁結(jié)構(gòu)的豎向抗壓承載力與水平承載力的參數(shù)，了解橋梁的承載性能。

根據(jù)試驗項目與方案的要求，嚴(yán)格執(zhí)行試驗標(biāo)準(zhǔn)化流程，且根據(jù)已經(jīng)掌握的荷載對象在橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)定位置上進(jìn)行試驗，然后試驗人員重點檢查各項變動的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確記錄和掌握靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫、沉降等方面參數(shù)，進(jìn)而明確具體的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和要求，了解橋梁的運行情況，以便對橋梁采取必要的應(yīng)對措施，為整個橋梁的性能提升奠定基礎(chǔ)。

3 工程概況

某橋梁工程施工項目的長度為162m，凈寬度尺寸為11.5m，其結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支連續(xù)T梁，跨徑尺寸為5×30m，選擇應(yīng)用C50 強度混凝土進(jìn)行施工。下部結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)用雙柱式橋墩的結(jié)構(gòu)形式以及鋼筋混凝土橋臺結(jié)構(gòu)。為了保證橋梁性能合格，工作人員要進(jìn)行承載力的檢測，確定選擇靜載試驗的方法做出評價與分析，其可以達(dá)到如下目標(biāo)：靜載試驗后能夠了解橋梁的剛度、強度與受力狀態(tài)等參數(shù)，然后檢驗確定承載性能是否可以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求。利用設(shè)計荷載參數(shù)，計算確定承載力參數(shù)，然后進(jìn)行等效荷載驗證的方法，在具體荷載計算后了解橋梁的承載性能。

4 靜載試驗分析

在橋梁進(jìn)行靜載試驗的過程中，工作人員要做好橋梁的應(yīng)變檢測和撓度檢測。主要采用電阻應(yīng)變片、百分表等各項工具進(jìn)行試驗檢測，并根據(jù)需要將電子應(yīng)變片直接粘貼到橋梁需要測量的位置上，然后使用百分表進(jìn)行斷面的檢測。結(jié)合項目的實際情況分析，橋梁試驗部分在第一跨度空間內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)變、撓度的檢測截面是通過跨中截面的形式進(jìn)行檢測，然后做好靜載試驗的檢測，以了解橋梁的承載性能，為后續(xù)施工分析提供基礎(chǔ)，保障橋梁運行效果達(dá)標(biāo)[2]。在實踐過程中要考慮靜載試驗的對象以及內(nèi)容，在具體分析過程中進(jìn)行試驗計算，同時按照試驗計算的結(jié)果全面分析荷載的效率，從而保證各種橋梁試驗檢測的數(shù)據(jù)值達(dá)到安全性目標(biāo)要求。

4.1 試驗計算

在結(jié)構(gòu)分析中利用有限元建模分析法以及梁體橫向分布系數(shù)來進(jìn)行荷載試驗，且對各個結(jié)構(gòu)部分的梁體受力狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。根據(jù)鋼接板梁法對上結(jié)構(gòu)截面橫向結(jié)構(gòu)展開分析，具體的計算結(jié)果可見下表1所示。

表1 試驗計算結(jié)果

4.2 荷載試驗效率

根據(jù)公路I級運行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加載試驗，然后分析本次橋梁運行工況的實際效率；結(jié)合目前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗荷載效率確定為1.03，而規(guī)定值為0.95～1.05，因此可以達(dá)到要求，這就說明試驗加載是滿足實際需要的。

4.3 試驗工況

在該橋梁的靜荷載實驗中可以分成兩種方式：偏載、對稱加載。為了達(dá)到加載性能的安全性標(biāo)準(zhǔn)，可以分為三次加載試驗，按照三個工況的要求進(jìn)行。在全部加載完成后，可以進(jìn)行100%偏載加載處理。在具體試驗過程中，通過三次不同荷載工況的加載，分析出工況的應(yīng)用要求，全面掌握工況的應(yīng)用內(nèi)容。例如在偏載工況分析過程中，通過對0.8、0.9、1 數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可以分析出偏載的數(shù)據(jù)值。

4.4 試驗結(jié)果及分析

從實際情況分析，靜荷載試驗是應(yīng)用靜荷載激勵方式了解到相應(yīng)靜荷載條件下結(jié)構(gòu)力學(xué)的相應(yīng)情況，從而充分掌握各個結(jié)構(gòu)控制界面的應(yīng)力、應(yīng)變與靜荷載撓度性能參數(shù)方面。靜荷載試驗環(huán)節(jié)，能夠通過最少的試驗環(huán)節(jié)了解最終的試驗數(shù)據(jù)信息，然后在規(guī)定的采集部位上應(yīng)用到最不利的荷載截面或者外部檢測后，進(jìn)行最不利截面的選擇。比如通過簡支量跨中截面、支撐部位臨近截面、保護(hù)層厚度比較小、混凝土強度不足等部位上進(jìn)行截面的控制。靜荷載加載是通過分布荷載的方法來進(jìn)行的，采用了軸重比較固定的車輛進(jìn)行試驗，然后分析目前橋梁運行中的非彈性形變，在確定其形變已經(jīng)完成后，可以不進(jìn)行加載試驗。分布荷載進(jìn)行施加后的15min 左右，進(jìn)行規(guī)定范圍內(nèi)的各項數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，并對其3min 以下做好讀數(shù)分析，差距要控制在10%以下才能作為合格標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而使得加載范圍內(nèi)各項數(shù)據(jù)采集和使用更加的可靠與穩(wěn)定，達(dá)到試驗的要求。此外，通過對靜載試驗檢測技術(shù)的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，它能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)中存在的荷載情況進(jìn)行分析，從而分析出不同的應(yīng)變能力；同時，它對于荷載的撓度性能參數(shù)方面也能夠得到很好的結(jié)果[3]。

撓度測試結(jié)果：在橋梁實施靜荷載試驗作業(yè)階段，撓度校驗系數(shù)η 作為主要判斷承載性能、工作運行情況的依據(jù)，是重要的技術(shù)參數(shù)。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來看，當(dāng)η＞1 時，就說明當(dāng)前是設(shè)計強度相對比較差，且安全性難以滿足工程的運行標(biāo)準(zhǔn)。另外，從撓度試驗結(jié)論中分析可以發(fā)現(xiàn)，測點1＃梁跨中，對稱加載80%時，實測值為-3.33，理論值為-4.34，校驗系數(shù)為0.77；對稱加載100%時，實測值為-4.39，理論值為-5.43，校驗系數(shù)為0.81；偏載100%時，實測值為-4.73，理論值為-7.81，校驗系數(shù)為0.61。從這些數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在橋梁的中跨各個截面進(jìn)行加載運行的條件下，其具體的測量值要明顯低于理論參數(shù)值，因此表示該橋梁結(jié)構(gòu)的剛度與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是一致的，且橋梁的運行性能比較好[4]。

此外，經(jīng)過測量和計算后確定η 值處于0.61～0.81之間，沒有在1以上，這就表示在該橋梁進(jìn)行靜載后各個橋梁沒有出現(xiàn)變形等異常的情況，且結(jié)構(gòu)剛度和設(shè)計方案能夠達(dá)到一致性要求，因此上部結(jié)構(gòu)的受力條和運行性能件比較好。

根據(jù)橋梁運行性能方面的要求，在進(jìn)行靜荷載實驗過程中，還要進(jìn)行橋梁殘余變位以及驗證和分析總撓度的參數(shù)比值α1≤0.2。通過靜荷載試驗的檢測以及測點1＃梁跨結(jié)構(gòu)部分的數(shù)據(jù)計算分析，發(fā)現(xiàn)在開展對稱加載100%的情況下，殘余變位/總撓度為0.11，撓度與計算跨徑比值為1/5816；此外，偏載100%時，殘余變位/總撓度為0.01，撓度與計算跨徑比值為1/13312。

從這一方面計算分析可以發(fā)現(xiàn)，α1 值最大僅為0.11，且能夠達(dá)到橋梁的運行性能標(biāo)準(zhǔn)和要求。在本次橋梁項目中上跨結(jié)構(gòu)的彈性狀態(tài)運行后，和理論參數(shù)值比較接近，并不存在明顯的差異；此外，通過上述的各項數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，1/5816 是該橋梁試驗最大撓跨比的數(shù)據(jù)，完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。橋梁的總體承載性能比較好，運行狀況完全可以達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證交通運行符合要求[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，進(jìn)行橋梁的運行狀態(tài)分析有著非常重要的作用，它是各個橋梁管理單位開展的重要工作，不僅能夠有效減少橋梁運行質(zhì)量的問題，還能提高橋梁的運行性能。靜載試驗是目前檢測橋梁性能的主要方式，其操作非常的方便快捷，且成本比較低，對于橋梁荷載數(shù)據(jù)的掌握精度比較高，可以更好地掌握橋梁的承載性能，不會給橋梁的正常工作產(chǎn)生不利影響。本文以實際橋梁的靜載試驗為案例進(jìn)行分析，在試驗完成后，可以確定橋的撓度、應(yīng)力等方面的技術(shù)參數(shù)，從而保證橋梁的運行質(zhì)量合格，為我國橋梁事業(yè)的發(fā)展做出必要的貢獻(xiàn)。