荷載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的運(yùn)用研究

周關(guān)藝，盧旭陽(yáng)

［中大檢測(cè)（湖南）股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000］

1 荷載檢測(cè)在公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用范圍

在實(shí)施公路工程橋梁荷載測(cè)試工作中，應(yīng)該根據(jù)測(cè)試技術(shù)運(yùn)用的具體實(shí)施環(huán)節(jié)，對(duì)技術(shù)運(yùn)用方面的功能性加以完善，從而使得在橋梁建設(shè)項(xiàng)目測(cè)試工作中，通過(guò)荷載試驗(yàn)檢測(cè)可以更加合理地發(fā)現(xiàn)在橋梁施工項(xiàng)目建設(shè)中存在的技術(shù)問題。一般情形下，對(duì)于新建橋梁項(xiàng)目均需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)，尤其是特殊結(jié)構(gòu)的橋梁項(xiàng)目及大跨徑橋梁；特殊結(jié)構(gòu)及大跨徑橋梁在施工過(guò)程中會(huì)用到新的施工工藝及新的施工技術(shù)，而通過(guò)荷載試驗(yàn)?zāi)茯?yàn)證橋梁成橋后的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。載檢測(cè)技術(shù)的使用進(jìn)一步減少了長(zhǎng)距離橋梁施工中可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題。然而，在發(fā)展長(zhǎng)距離橋梁施工中，加強(qiáng)技術(shù)施工中新技術(shù)的采用，可以有效地提高工程施工進(jìn)度。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)時(shí)間較短，這導(dǎo)致人們對(duì)具體應(yīng)用中效果的控制產(chǎn)生了一些懷疑。因此，在長(zhǎng)距離橋梁施工中采用了嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢測(cè)技術(shù)，以確保新施工技術(shù)的應(yīng)用取得良好效果[1]。

2 高速公路橋梁檢測(cè)中荷載測(cè)試應(yīng)用

2.1 荷載試驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)備

在對(duì)橋梁進(jìn)行成橋荷載試驗(yàn)過(guò)程中，想要進(jìn)一步提高荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的精度及準(zhǔn)確度就必須在試驗(yàn)檢測(cè)的每一個(gè)階段進(jìn)行質(zhì)量管控，尤其是在荷載試驗(yàn)準(zhǔn)備階段及荷載試驗(yàn)加載階段。荷載試驗(yàn)準(zhǔn)備階段首先進(jìn)行試驗(yàn)跨的確定，然后根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙通過(guò)midas 進(jìn)行建模計(jì)算，最后按照計(jì)算結(jié)果在橋梁現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加載前數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的布置。荷載試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)跨的選擇、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的布置都必須嚴(yán)格按照方案進(jìn)行質(zhì)量控制并合理的進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)在試驗(yàn)過(guò)程中只有保證采集數(shù)據(jù)的有效性才能更家客觀的反映橋梁的實(shí)際工作狀況[2]。因此在對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)時(shí)必須要根據(jù)橋梁實(shí)際情況對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)跨及檢測(cè)加載進(jìn)行優(yōu)化，選擇具有代表性的試驗(yàn)跨開展檢測(cè)。

2.2 荷載試驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)的確定

具體檢測(cè)實(shí)施操作中，應(yīng)該針對(duì)荷載檢測(cè)點(diǎn)孔位的合理設(shè)置，在檢測(cè)開展中通過(guò)試驗(yàn)放樣和支架工作合理規(guī)劃，進(jìn)一步提高橋梁試驗(yàn)中荷載方面數(shù)據(jù)測(cè)出的精確性，在進(jìn)行橋梁施工項(xiàng)目荷載檢測(cè)中，為了在荷載檢測(cè)開展中更好的采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，就要對(duì)檢測(cè)點(diǎn)開展支架放樣的操作，在進(jìn)行支架放樣搭建過(guò)程中應(yīng)該針對(duì)施工結(jié)構(gòu)中具體的地形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因地制宜開展搭架。搭架方式在選擇方面也應(yīng)該充分的考慮到不同影響因素。搭架位置選擇完成之后應(yīng)該通過(guò)采樣點(diǎn)和孔位的選擇，將放樣開展流程進(jìn)行有效的施工設(shè)計(jì)，確保在加載控制中位置和測(cè)試點(diǎn)的選擇準(zhǔn)確，在荷載測(cè)試完成之后，將最后施工階段檢測(cè)開展中的照明、器材和設(shè)備以及通信、安全防護(hù)措施的配套工作開展檢查。

2.3 荷載試驗(yàn)的內(nèi)力控制

在橋梁工程施工項(xiàng)目實(shí)施建設(shè)中，想要更進(jìn)一步的提升施工項(xiàng)目開展的品質(zhì)，就需要對(duì)工程質(zhì)量管理檢測(cè)中荷載測(cè)試方面的技術(shù)應(yīng)用加強(qiáng)管理，在荷載試驗(yàn)檢測(cè)中，測(cè)試應(yīng)用一般都不會(huì)對(duì)項(xiàng)目施工質(zhì)量監(jiān)控效果比較好的橋梁試驗(yàn)跨進(jìn)行檢測(cè)，在具體的試驗(yàn)檢測(cè)中還需要根據(jù)項(xiàng)目施工中存在明顯受力問題的項(xiàng)目施工階段進(jìn)行荷載測(cè)試方面的方案設(shè)計(jì)，在具體方案設(shè)計(jì)中需要根據(jù)外觀問題比較明顯的橋梁工程，針對(duì)具體的結(jié)構(gòu)問題狀況，設(shè)計(jì)出比較合理的荷載試驗(yàn)檢測(cè)。同時(shí)在測(cè)試中還需要根據(jù)橋梁工程項(xiàng)目具體的結(jié)構(gòu)性特征，采取相應(yīng)的測(cè)試，使得在荷載測(cè)試中，數(shù)據(jù)處理方面可以實(shí)現(xiàn)很大的準(zhǔn)確性。在具體的橋梁項(xiàng)目荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試中，對(duì)簡(jiǎn)支梁橋的荷載試驗(yàn)測(cè)試中，需要根據(jù)橋梁的最大彎矩以確定橋運(yùn)行中最具體的橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)方案[3]。而在對(duì)連續(xù)結(jié)構(gòu)型橋的荷載試驗(yàn)測(cè)試中，則需要根據(jù)橋梁的邊跨及中跨最大正彎矩及墩頂最大負(fù)彎矩確定具體的橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)方案。

3 橋梁項(xiàng)目荷載檢測(cè)中檢測(cè)點(diǎn)選擇

橋梁工程項(xiàng)目在施工品質(zhì)管理中，通過(guò)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目施工管理質(zhì)量控制措施的有效運(yùn)用，以提升工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程的總體品質(zhì)，在控制工程質(zhì)量中通過(guò)合理的施工措施以實(shí)現(xiàn)最大工程效益，同時(shí)還要確保在施工技術(shù)應(yīng)用中具體措施可以更有效地對(duì)施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。對(duì)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的管理，在監(jiān)控工程建設(shè)質(zhì)量中，通過(guò)測(cè)量橋梁工程建設(shè)中最具體的負(fù)荷數(shù)據(jù)，以提升橋梁施工項(xiàng)目建設(shè)整體強(qiáng)度。同時(shí)為使得測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于可以更全面地反映項(xiàng)目施工中最具體的問題，還需要在測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度方面進(jìn)行進(jìn)一步提升的工作，為了提高橋梁荷載測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，還需要在測(cè)試開展中通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)的采集點(diǎn)進(jìn)行，根據(jù)施工項(xiàng)目特性的差異將對(duì)測(cè)試技術(shù)點(diǎn)的合理分配進(jìn)行了選擇。在測(cè)試中為更好地增加測(cè)試監(jiān)控技術(shù)的精細(xì)程度，就會(huì)從所有監(jiān)控點(diǎn)的取樣中選擇較多的著重測(cè)試點(diǎn)位，在具體測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行中，就不能同時(shí)對(duì)全部的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行著重監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用，所以在測(cè)試中就需要針對(duì)項(xiàng)目施工方面具體情況的構(gòu)造特征，以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要方面的工程質(zhì)量管理特點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目施工中的構(gòu)造穩(wěn)定性以及施工強(qiáng)度需求較大的環(huán)節(jié)增加著重測(cè)試數(shù)據(jù)的收集，總的來(lái)說(shuō)，在橋梁荷載管理專項(xiàng)測(cè)試進(jìn)行中，就需要針對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行以及施工中具體情況的建設(shè)進(jìn)行環(huán)節(jié)，對(duì)注重荷載工程質(zhì)量管理特點(diǎn)的橋梁發(fā)生不良狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在測(cè)試進(jìn)行中針對(duì)重點(diǎn)存在問題的路面進(jìn)一步增加重點(diǎn)測(cè)試技術(shù)手段的運(yùn)用。在測(cè)試中必須保證技術(shù)應(yīng)用能夠提高測(cè)試效率，并且在測(cè)試中盡量避免全路段測(cè)試的現(xiàn)象。在全國(guó)橋梁工程建設(shè)項(xiàng)目檢查中，通過(guò)重點(diǎn)針對(duì)化的檢查來(lái)迅速地找到建設(shè)項(xiàng)目施工中出現(xiàn)的問題，并有效解決[4]。

4 案例分析

金沙江烏東德水電站建設(shè)征地交通工程龍街大橋及接線工程是金沙江烏東德水電站庫(kù)區(qū)的一項(xiàng)淹沒復(fù)建工程，替代被淹沒的龍街碼頭的交通功能。橋位位于云南省元謀縣鹽水井村，距下游烏東德電站大壩水面距離約109.3km。大橋橫跨金沙江，左岸接姜驛公路，右岸接黃江公路。設(shè)計(jì)橋梁總長(zhǎng)為671m，橋?qū)?.5m。其中，主橋橋型（120+220+120）m 連續(xù)剛構(gòu)，引橋設(shè)計(jì)為五跨40m 預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)T 梁。

4.1 靜載試驗(yàn)

在開展全面裝載測(cè)試之前，宜用二輛以上載重測(cè)量車輛在各跨中開展橫橋雙向?qū)ΨQ的預(yù)裝載測(cè)試，預(yù)裝載測(cè)試中每一裝載部位持荷時(shí)限以不低于十分鐘為宜。預(yù)加載的主要目的就是，一方面是使實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)步入正常工作狀態(tài)，另一方面也可以檢驗(yàn)整個(gè)測(cè)試體系和實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)能否管理工作正規(guī)[5]。預(yù)加載必須卸到零負(fù)荷，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)得到足夠的零荷修復(fù)之后，才可開始真正加載試驗(yàn)，而真正加載試驗(yàn)則按照裝載工作序號(hào)逐步實(shí)施，在順利完成前一組序號(hào)的裝載管理工作之后，首先應(yīng)使實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)得到足夠的零荷修復(fù)，之后方可開始下一編號(hào)的裝載管理工作。

先在箱體上確認(rèn)相應(yīng)檢測(cè)地點(diǎn)定位，然后經(jīng)過(guò)研磨找平，清洗完畢后，再粘貼上電阻型的反應(yīng)膜片，最后接通信息傳送線并將所有檢測(cè)地點(diǎn)編號(hào)接到相應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)。連接線路聯(lián)機(jī)后，完成試調(diào)工作，并檢驗(yàn)各測(cè)量元器件是否是處在正常的狀態(tài)，無(wú)誤后開始執(zhí)行預(yù)壓，進(jìn)而檢驗(yàn)測(cè)量元器件是否是處在正常的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中為了盡可能減少對(duì)非彈性變形的影響，必須首先完成預(yù)壓，之后再正式加載。在某一級(jí)加載完畢之后，發(fā)動(dòng)機(jī)的熄火狀態(tài)維持了2min 以上，待數(shù)據(jù)完全固定之后再完成記錄；在卸載后的2min 以上，再完成殘余數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)試，在各種工況下測(cè)試截面校驗(yàn)系數(shù)均低于1.0 時(shí)，相對(duì)殘余變位法不超過(guò)20%的技術(shù)要求[6]。在測(cè)試過(guò)程中，在各工況測(cè)試截面的校核系數(shù)低于1.0 時(shí)，相對(duì)殘余應(yīng)力不超過(guò)20%的設(shè)計(jì)要求。在測(cè)試過(guò)程中，構(gòu)件結(jié)構(gòu)未發(fā)生異響、混凝土破裂等異常情況，且測(cè)試完畢后對(duì)主梁表觀進(jìn)行了觀測(cè)，也未出現(xiàn)受力裂紋的產(chǎn)生。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)

動(dòng)力荷載測(cè)試按照現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)狀況酌情選擇了脈動(dòng)測(cè)試、無(wú)阻礙行駛實(shí)驗(yàn)和跳車檢測(cè)三種主要內(nèi)容。脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試的重要工作項(xiàng)目是橋跨構(gòu)造的自激震動(dòng)特性頻譜。而對(duì)于無(wú)阻礙行駛實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在路面無(wú)其他阻礙的狀況下，用一臺(tái)載貨車輛（總重約400kN）以30km/h、40km/h、50km/h 的車速通過(guò)橋跨構(gòu)造，以測(cè)量橋梁主橋在行駛時(shí)車輛負(fù)載影響下形成的動(dòng)力反應(yīng)，測(cè)量的重要工作項(xiàng)目是橋跨構(gòu)造的自激震動(dòng)特性頻譜和撞擊系數(shù)。跳車試驗(yàn)是在橋面上無(wú)什么其他阻礙的狀況下，使用時(shí)，用一臺(tái)（總重約400kN）試驗(yàn)車從標(biāo)高為7cm 的三角墊木突然落下，因而對(duì)大橋造成撞擊效應(yīng)，引起大橋的橫向式震動(dòng)。測(cè)出此時(shí)大橋跨中的最大動(dòng)應(yīng)變。剎車試驗(yàn)是在橋面無(wú)什么其他阻礙的狀況下，使用時(shí)，用一臺(tái)（總重約400kN）試驗(yàn)車，以20km/h 的最高車速經(jīng)過(guò)橋跨結(jié)構(gòu)后，在跨中部位采用的應(yīng)急剎車，以測(cè)出在此過(guò)程中橋控制截面的最大動(dòng)力反應(yīng)。

根據(jù)大橋的結(jié)構(gòu)特征確定了測(cè)點(diǎn)布局，自振動(dòng)頻率測(cè)點(diǎn)選擇在橋梁一階振動(dòng)幅度最大的跨中布置了豎向振動(dòng)拾震器。橋截面動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)通過(guò)在梁體混凝土表面貼電阻型應(yīng)力膜片，再配合動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀輸出的方式加以測(cè)定，并由電子計(jì)算機(jī)記錄。本橋的動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)斷面位置參照了靜載荷試驗(yàn)測(cè)試斷面。

主橋自振特性的測(cè)量使用了環(huán)境激勵(lì)法，從預(yù)壓自振特性數(shù)據(jù)及分析方法中可以發(fā)現(xiàn)：主橋跨結(jié)構(gòu)的豎向基頻實(shí)測(cè)數(shù)值遠(yuǎn)多于理論值，表明構(gòu)件的實(shí)際總體剛性遠(yuǎn)超過(guò)了理論強(qiáng)度。

本文筆者選擇了一個(gè)重約400kN 的加載小車正常行駛，并通過(guò)對(duì)在30km/h、40km/h 和50km/h 的無(wú)障礙設(shè)計(jì)行車，以及在10km/h 跳車下的測(cè)試橋梁沖擊系數(shù)和激振響應(yīng)進(jìn)行分析得到結(jié)果：①行車沖擊系數(shù)（1+u）在1.031~1.037 之間，最大為1.037，相應(yīng)速度約50km/h。②10km/h 速度進(jìn)行跳車試驗(yàn)，跨中跳車沖擊系數(shù)（1+u）的峰值點(diǎn)為1.23。③20km/h 速度進(jìn)行剎車試驗(yàn)，實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)（1+u）為1.090；無(wú)障礙行車下，實(shí)測(cè)撞擊系數(shù)（1+u）明顯等于規(guī)范計(jì)算值的1.050，表明行駛特性良好表明行駛特性良好；而實(shí)際跳車及剎車時(shí)沖擊系數(shù)明顯高于規(guī)范計(jì)算值，表明跳車及剎車時(shí)對(duì)地面結(jié)構(gòu)響應(yīng)的放大效果更加突出[7]。

4.3 荷載試驗(yàn)結(jié)論

荷載測(cè)試前曾在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢查，大橋的實(shí)際構(gòu)造狀況與相關(guān)工程設(shè)計(jì)圖紙相符合，外觀工程質(zhì)量較好，且沒有明顯的受力裂縫產(chǎn)生，該橋結(jié)構(gòu)滿足開展荷載測(cè)試的技術(shù)要求；龍街大橋各工況的荷載測(cè)試效率均在0.85~1.05 左右，其測(cè)試結(jié)果基本可以體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況；本橋各工況主要測(cè)試了控制截面撓性、殘余應(yīng)力校測(cè)系數(shù)、相對(duì)殘余變位預(yù)測(cè)值，滿足《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的要求；在測(cè)試過(guò)程中，結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)異常狀況，在測(cè)試完畢后通過(guò)橋檢車對(duì)主橋表觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀測(cè)，并未發(fā)現(xiàn)受力裂紋產(chǎn)生；龍街大橋的測(cè)試大跨徑結(jié)構(gòu)實(shí)際總體剛性超過(guò)了理論強(qiáng)度；無(wú)障礙行車下，其實(shí)測(cè)的沖擊系數(shù)（1+u）小于《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01—2015）的計(jì)算上限值[8]。

5 結(jié)語(yǔ)

在橋梁建造工程中，為保證工程建設(shè)中質(zhì)量管理方面的負(fù)荷力數(shù)據(jù)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，必須在工程建設(shè)進(jìn)行中以及項(xiàng)目檢測(cè)工作中，優(yōu)化負(fù)荷數(shù)據(jù)的測(cè)量方式。同時(shí)要在施工測(cè)試技術(shù)應(yīng)用中，對(duì)荷載能力測(cè)試的方法進(jìn)行針對(duì)化的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在提升工程項(xiàng)目的總體施工品質(zhì)中，還需要通過(guò)將施工環(huán)境周邊的環(huán)境影響因素進(jìn)行了分類的管理，通過(guò)選用合理的施工方式提升整體施工品質(zhì)，對(duì)各個(gè)不同施工階段進(jìn)行了科學(xué)合理的荷載測(cè)試，從而使得工程項(xiàng)目整體施工品質(zhì)滿足了規(guī)范要求。