橋梁結(jié)構(gòu)受力性能的現(xiàn)場檢測
2010-09-16
1.橋梁現(xiàn)場試驗的任務(wù)
1.1檢驗橋梁設(shè)計與施工質(zhì)量。對于—些新建的大中型橋梁或者具有特殊設(shè)計的橋梁，在設(shè)計施工過程中必然會遇到許多新問題，為保證橋梁建設(shè)，在設(shè)計施工過程中必然會遇到許多新問題，為保證橋梁建設(shè)質(zhì)量，施工過程中往往要求進(jìn)行監(jiān)測。在竣工后—般還要求進(jìn)行現(xiàn)場荷載試驗，并把試驗結(jié)果作為評定橋梁工程質(zhì)量優(yōu)劣的主要技術(shù)資料和依據(jù)。
1.2判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力。國內(nèi)許多早年建成的橋梁其設(shè)計荷載等級都偏低，難以滿足現(xiàn)今交通的需要。為了加固、改建，有必要通過試驗確定橋梁的實際承載能力。有時為特殊原因(如超重型車過橋或結(jié)構(gòu)遭意外損傷等)也要用試驗方法確定橋梁的承載能力。
1.3驗證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和設(shè)計方法。橋梁工程中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝創(chuàng)新不斷，對一些理論問題的深入研究，對某種新方法、新材料的應(yīng)用實踐，往往都需要現(xiàn)場試驗的實測數(shù)據(jù)。
1.4橋梁結(jié)構(gòu)自振特性及結(jié)構(gòu)受動力荷載作用產(chǎn)生的動力反應(yīng)的測試研究。對一些橋梁在動力荷載作用下的動態(tài)反應(yīng)，大跨徑輕柔結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定以及地震區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能等，都要求通過實測了解橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和動力反應(yīng)。
2.一些主要橋梁結(jié)構(gòu)體系所需觀測的部位
2.1梁橋。
(1)簡支梁。主要觀測跨中撓度和截面應(yīng)力(或應(yīng)變)、支點沉降。附加觀測跨徑四分點的撓度、支點斜截面應(yīng)力。
(2)連續(xù)梁。主要觀測跨中撓度、跨中和支點截面應(yīng)力(或應(yīng)變)。附加觀測跨徑l/4處的撓度和截面應(yīng)力(或應(yīng)變)、支點截面轉(zhuǎn)角、支點沉降和支點斜截面應(yīng)力。
(3)懸臂梁(包括T型鋼構(gòu)的懸臂部分)主要觀測懸臂端的撓度和轉(zhuǎn)角、固端根部或支點截面的應(yīng)力和轉(zhuǎn)角、T型剛構(gòu)墩身控制截面的應(yīng)力。附加觀測懸臂跨中撓度、牛腿局部應(yīng)力、墩頂?shù)淖兾?水平與垂直位移、轉(zhuǎn)角)。
2.2拱橋。主要觀測跨中、跨徑1/4處的撓度和應(yīng)力、拱腳截面的應(yīng)力，附加觀測跨徑墉處的撓度和應(yīng)力、拱E建筑控制截面的變位和應(yīng)力、墩臺頂?shù)淖兾缓娃D(zhuǎn)角。
2.3剛架橋(包括框架、斜腿剛架和剛架一拱式組合體系)主要觀測跨中截面的撓度和應(yīng)力，結(jié)點剛近截面的應(yīng)力、變位和轉(zhuǎn)角。附加觀測柱腳截面的應(yīng)力、變位和轉(zhuǎn)角，墩臺頂?shù)淖兾缓娃D(zhuǎn)角。
2.4懸索結(jié)構(gòu)(包括斜拉橋和上承式懸吊橋)主要觀測主梁的最大撓度、偏載扭轉(zhuǎn)變位和控制截面應(yīng)力、索塔頂部的水平位移、拉(吊)索拉力。附加觀測鋼索和梁連接部位的撓度、塔柱底截面的應(yīng)力、錨索的拉力。
上述各種橋梁體系的主要部位是一般靜載試驗必須觀測的部位。方案上應(yīng)畫出結(jié)構(gòu)簡圖，注明測點和測站的位置、測點總數(shù)和測站數(shù)等。
3.試驗過程
3.1靜載初讀數(shù)。靜載初讀數(shù)是指實驗正式開始時的零荷載讀數(shù)，不是準(zhǔn)備階段調(diào)試儀器的讀數(shù)。對于新建橋梁，在初讀數(shù)之前往往要進(jìn)行頂壓(一般以部分重車在橋上緩行幾次)。從初讀數(shù)開始整個測試系統(tǒng)就開始運作，測量、讀數(shù)和記錄人員進(jìn)入現(xiàn)場各司其職。
3.2加載。按橋上劃定的停車線布置荷載，要安排專人指揮車輛?？?。
3.3穩(wěn)定后讀數(shù)。加載后結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力需要有—個穩(wěn)定過程。對不同的結(jié)構(gòu)這一過程的長短都不一樣，—般是以控制點的應(yīng)變值或撓度值穩(wěn)定為準(zhǔn)，只要讀數(shù)波動值在測試儀器的精度范圍以內(nèi)，就認(rèn)為結(jié)構(gòu)已處于相列穩(wěn)定狀態(tài)，可以測量讀數(shù)。
3.4卸載讀零。—個工況結(jié)束，荷載退下橋去。各測點要讀回零值，同樣要有—個穩(wěn)定過程。
3.5校核數(shù)據(jù)。靜載試驗過程中，主要工況至少要重復(fù)1次。試驗過程中必須時時關(guān)心幾個控制點數(shù)據(jù)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題(數(shù)據(jù)本身規(guī)律差或儀器故障等)要重新加載測試。這種現(xiàn)場數(shù)據(jù)校核的做法，可以避免實測數(shù)據(jù)出現(xiàn)大的差錯。
4.橋梁現(xiàn)場動載試驗
動載試驗可以和靜載試驗連在一起做，也可以單獨做。
現(xiàn)場動載試驗的一般內(nèi)容是測定橋梁結(jié)構(gòu)在車輛動力作用下的撓度和應(yīng)變，所用的儀器較靜力試驗時多而且復(fù)雜—些，測試要求也比靜力試驗要高。特別是動撓度的測試，除了中小橋梁可搭設(shè)固定支架用接觸式電測位移計外，對大中型橋梁可以采用光電型撓度測量儀。
動載試驗較靜載試驗的不同之處主要有以下幾方面。
4.1儀器調(diào)試。所有儀器設(shè)備在準(zhǔn)備階段應(yīng)已調(diào)試完畢，要考慮好記錄的具體方法。如使用動態(tài)電阻應(yīng)變儀，必須根據(jù)估計應(yīng)變的大小確定增益、標(biāo)定值范圍等，調(diào)整記錄速度和記錄幅值等。如果采用計算機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接采樣、記存，其增益、標(biāo)定值等條件沒置大同小異。
4.2車輛控制。要控制好車輛上下橋的車速、位置和時間。要協(xié)助駕駛員準(zhǔn)確控制好行車速度，注意每次上橋的行車路線。對—些大跨度橋梁，還要確定車輛行駛到各個斷面時的位置信息。
4.3測試記錄。
(1)跑車。跑車測試的目的是判別不同車行速度下橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)(如位移或應(yīng)力的動力增量和時程曲線)，進(jìn)而可以分析出動力響應(yīng)與車速之問的關(guān)系。給車輛規(guī)定各擋車速，要求車輛在橋上保持勻速行進(jìn)，記錄動力響應(yīng)的全過程。如果跑車速度相當(dāng)慢，動測儀器記錄的過程曲線就是對應(yīng)測點位置的內(nèi)力影響線或撓度影響線。
(2)剎車。車輛以一定速度行進(jìn)，到現(xiàn)定位置突然緊急剎車，記錄剎車時的動態(tài)增量。
(3)跳車(跨越障礙物)。一般在橋上特征斷面位置設(shè)置一障礙物，模擬路面不平整(以弓形木板較為理想)。當(dāng)車輛以不同的車速碾過障礙時，測定結(jié)構(gòu)的動態(tài)增量。
上述三種不同的車行情況，可以是單輛車，也可以是多輛車。
4.4做好記錄。動載試驗中，影響因素比較多，要注意在各種不同工況中抓住主要內(nèi)容。如要求記錄結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的完整過程時，重點應(yīng)該是記錄信號的完整性；而確定動力增量時，則要求能記錄到響應(yīng)信號的峰值及其附近的部分信號。
5.單片簡支梁的檢測試驗
橋梁工程中用得最多的梁是鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土的簡支梁。單片簡支梁試驗一般是做靜力加載試驗。前面關(guān)于實橋靜載試驗的各項準(zhǔn)備工作、測試方法等，對單片梁試驗一樣適用。這里介紹預(yù)應(yīng)力混凝土單片梁試驗的—些基本內(nèi)容。
5.1預(yù)應(yīng)力混凝土梁張拉應(yīng)力測試。工程技術(shù)人員比較關(guān)心預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉施工前后梁體內(nèi)的應(yīng)力大小。因為對預(yù)應(yīng)力混凝土梁來說，設(shè)計計算與實際施工之間的差異或一致直接關(guān)系到梁的預(yù)應(yīng)力質(zhì)量。實際測試往往取梁預(yù)應(yīng)力張拉的主動端、被動端和跨中等三個斷面，以測量張拉前后的應(yīng)力值。
5.2加載方法。單片梁靜力加載通常用反力架配千斤頂設(shè)備，在沒有反力架設(shè)備的地方，也采用其他加載方式。荷載、破壞荷載以及實際測試要求進(jìn)行，一般原則是荷載級差不宜太大，尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土梁開裂前后更要分得細(xì)些。
每次加載或卸載的持續(xù)時間取決于結(jié)構(gòu)變位達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時所需要的時間。要求在前一荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位達(dá)到穩(wěn)定后，才能進(jìn)入下—個荷載階段。—般做法是，同一級荷載內(nèi)，小于所用量測儀器的最小分辨值，則認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相列穩(wěn)定。
5.3抗裂性測試。確定預(yù)應(yīng)力混凝土梁的開裂荷載很重要，實測時可根據(jù)下緣鋼筋、混凝土的應(yīng)變讀數(shù)變化規(guī)律來判斷。如在梁的下緣混凝土應(yīng)變與荷載的關(guān)系曲線中，由曲線的拐點可確定開裂荷載；在梁的下緣鋼筋應(yīng)力與荷載的關(guān)系曲線中，曲線斜率的顯著變化所對應(yīng)的荷載即為開裂荷載。
5.4極限承鞔力測定。正常配筋的鋼筋混凝土梁和預(yù)應(yīng)力混凝土梁的正截面破壞標(biāo)準(zhǔn)以下述兩條控制：(1)下緣鋼筋拉應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度；(2)上緣混凝土壓應(yīng)力達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度(實際一般做不到)或壓應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變。
對于某些受剪壓(拉)破壞控制的梁，其極限承載能力的測定標(biāo)準(zhǔn)到目前為止仍不甚明確，破壞性荷載試驗時要注意破壞指標(biāo)達(dá)到時對應(yīng)的破壞荷載。
