公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)檢測(cè)分析
2015-12-29
一、靜荷載試驗(yàn)
橋梁靜載試驗(yàn)是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置而測(cè)試結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量的試驗(yàn)項(xiàng)目，從而推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力。靜載試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中最大量、最常見的基本試驗(yàn)。因?yàn)闃蛄航Y(jié)構(gòu)工作時(shí)所受的荷載主要是靜力荷載，橋梁結(jié)構(gòu)的自重當(dāng)然屬于靜力荷載，就是荷載位置隨時(shí)間而變的移動(dòng)車輛荷載在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般也是作為靜載來考慮的。靜載試驗(yàn)一般可以通過重力或其他類型的加載設(shè)備來實(shí)現(xiàn)和滿足加載要求，靜載試驗(yàn)的加載過程是從零開始逐步遞增，一直到預(yù)定的荷載為止。靜載試驗(yàn)是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段，不僅用它來直接解決結(jié)構(gòu)的靜力問題，就是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)時(shí)，一般也要先進(jìn)行靜載試驗(yàn)，以測(cè)定結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù)。
二、公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)檢測(cè)分析
?。ㄒ唬┕こ谈艣r
某立交橋?yàn)镠市一座雙向四車道預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋。該橋南北向共21跨,跨徑20.8m,橫向16塊空心板組成橋面系,全寬16m。由于該橋已運(yùn)營(yíng)多年,隨著交通量及車輛荷載的大幅增加,部分構(gòu)件已出現(xiàn)裂縫,急需通過檢測(cè),確定其是否需要加固來提高其荷載等級(jí)。
?。ǘ┰囼?yàn)檢測(cè)內(nèi)容
本次試驗(yàn)選取由北向南的第16跨進(jìn)行試驗(yàn)。該跨伸縮縫處橋面鋪裝損壞嚴(yán)重,跳車現(xiàn)象十分明顯并導(dǎo)致此處蓋梁出現(xiàn)裂縫。本次檢測(cè)選擇其中5片板梁進(jìn)行應(yīng)力、撓度等內(nèi)容的測(cè)試。
?。ㄈ┰囼?yàn)檢測(cè)方法
本次荷載試驗(yàn)的目的就是通過對(duì)實(shí)橋進(jìn)行加載、測(cè)試,從而摸清橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài);通過實(shí)測(cè)各控制截面的應(yīng)力和變形(撓度),并與相應(yīng)的理論驗(yàn)算值相比較,進(jìn)而分析與判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力和使用條件。
?。ㄋ模┘虞d方式
對(duì)試驗(yàn)荷載分級(jí)施加，以測(cè)試荷載效應(yīng)與荷載的變化關(guān)系以及防止橋梁結(jié)構(gòu)意外損傷。一般將荷載按加載汽車數(shù)量分級(jí)。荷載逐級(jí)遞加，達(dá)到最大荷載后一次卸載。加載試驗(yàn)每工況重復(fù)至少一次。試驗(yàn)前在橋面預(yù)先畫出輪位，加載時(shí)汽車應(yīng)準(zhǔn)確就位，卸載時(shí)車輛應(yīng)退出結(jié)構(gòu)試驗(yàn)影響區(qū)，車速不大于5公里/小時(shí)。每次加載或卸載的持續(xù)時(shí)間取決于結(jié)構(gòu)變位達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)所需的時(shí)間。試驗(yàn)時(shí)取數(shù)個(gè)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)其測(cè)讀數(shù)，只有該級(jí)荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位相對(duì)穩(wěn)定后才能進(jìn)入下一個(gè)荷載階段。
全部測(cè)點(diǎn)在每次加載或卸載后立即讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位穩(wěn)定后進(jìn)入下一級(jí)荷載前再讀數(shù)一次。對(duì)本試驗(yàn)選跨中斷面撓度測(cè)點(diǎn)每5分鐘讀數(shù)一次，以觀測(cè)結(jié)構(gòu)變位是否達(dá)到穩(wěn)定。一旦結(jié)構(gòu)變位達(dá)到穩(wěn)定，測(cè)讀完各測(cè)點(diǎn)讀數(shù)后即可進(jìn)入下一級(jí)加載。
本橋原設(shè)計(jì)荷載為汽-超20、掛-100,考慮到現(xiàn)有重型車輛通過,決定采用4輛200kN汽車進(jìn)行靜載試驗(yàn)。加載車輛總重20t,前輪軸重5.0t,后輪軸重15.0t。
?。ㄎ澹?nbsp;試驗(yàn)規(guī)定
?。?）靜力試驗(yàn)選擇在氣溫變化不大和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)過程中在量測(cè)試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的同時(shí)相應(yīng)地測(cè)量結(jié)構(gòu)表面溫度。
（2）靜力試驗(yàn)荷載持續(xù)時(shí)間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定所需要的時(shí)間，只有結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，才能進(jìn)入下一荷載階段。
（3）全部測(cè)點(diǎn)在正式加載試驗(yàn)前均應(yīng)進(jìn)行零級(jí)荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后應(yīng)即讀數(shù)一次。試驗(yàn)時(shí)選在結(jié)構(gòu)變位較大的測(cè)點(diǎn)，每隔5分鐘觀測(cè)一次，以觀測(cè)結(jié)構(gòu)變位是否達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。
?。╈o載試驗(yàn)的終止
若在加載試驗(yàn)過程中發(fā)生下列情況之一，立即終止加載試驗(yàn)：
?。?）控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力超過計(jì)算值并且達(dá)到或超過按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力時(shí)。
?。?）控制測(cè)點(diǎn)變位超過規(guī)范允許值時(shí)。
（3）由于加載試驗(yàn)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷或局部發(fā)生損壞，影響橋梁承載能力和今后正常使用時(shí)。
(2)測(cè)試截面以及測(cè)點(diǎn)布置。為測(cè)定板梁的混凝土在活載作用下的應(yīng)力情況,取橋梁西南角1/4區(qū)域的梁布置應(yīng)變片。
?。ㄆ撸┯?jì)算方法與結(jié)果
采用空間有限元軟件Midas,計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各工況情況下應(yīng)力、內(nèi)力和位移,按照規(guī)范所規(guī)定的各項(xiàng)容許指標(biāo),驗(yàn)算其是否滿足結(jié)構(gòu)承載力要求根據(jù)前述的荷載,列出四種工況相應(yīng)于進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)測(cè)點(diǎn)的理論應(yīng)力值及跨中撓度,見表4、表5所列。
通過試驗(yàn),在荷載效率系數(shù) 滿足規(guī)范所規(guī)定的0.8-1.05前提條件下,本橋滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求,橋梁變形符合設(shè)計(jì)剛度規(guī)定,橋梁表面裂縫觀測(cè)、幾何尺寸偏差均滿足設(shè)計(jì)要求和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)規(guī)定。因此,本橋承載能力能達(dá)到汽-超20級(jí)、掛車-100級(jí)。其預(yù)應(yīng)力蓋梁(因跳車和超載產(chǎn)生的豎向裂縫)應(yīng)進(jìn)行加固處理,蓋梁上已損壞的支座必須進(jìn)行更換,同時(shí)對(duì)該橋常規(guī)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的病害進(jìn)行處理。
三、公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)檢測(cè)質(zhì)量保證措施
為了確保荷載試驗(yàn)達(dá)到既定的目的，滿足成橋質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)的需要，將采取以下措施保證試驗(yàn)圓滿成功：
（1）在滿足荷載試驗(yàn)要求的前提下，一定要保證大橋結(jié)構(gòu)的安全。因此，荷載試驗(yàn)的效率系數(shù)不宜過大，同時(shí)注意主梁局部受力情況，避免局部荷載集中，引起混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力過大而開裂。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的實(shí)時(shí)處理分析，及時(shí)判斷結(jié)構(gòu)在各級(jí)荷載下的反映是否正常，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷或局部損壞，影響橋梁的承載能力和今后的正常使用；
?。?）前期理論分析做到準(zhǔn)確、細(xì)致，盡量反映大橋目前的實(shí)際受力和變形。
?。?）對(duì)位移和應(yīng)變的測(cè)試儀器，在測(cè)試前進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定。測(cè)試數(shù)據(jù)主要由系統(tǒng)自動(dòng)采集，確保數(shù)據(jù)采集的快速和準(zhǔn)確，記錄清楚、真實(shí)。試驗(yàn)準(zhǔn)備期間，對(duì)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)精心調(diào)試，確保設(shè)備正常工作，及時(shí)準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)；現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，注意測(cè)試數(shù)據(jù)的變化，及時(shí)與理論值比較，判斷數(shù)據(jù)是否正常，現(xiàn)場(chǎng)找出測(cè)試數(shù)據(jù)誤差原因。切實(shí)履行記錄和檢查制度，發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)或異常的數(shù)據(jù)及時(shí)檢查，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。
（4）橋梁的受力和變形與結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的變化關(guān)系很大，因此，對(duì)于荷載試驗(yàn)時(shí)的天氣變化將足夠重視，盡量避免在劇烈變溫時(shí)段內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的變化并進(jìn)行必要的溫度修正。
?。?）靜載試驗(yàn)加載量控制的難點(diǎn)
加載應(yīng)在指揮人員指揮下嚴(yán)格按計(jì)劃程序進(jìn)行。當(dāng)采用車輛加載時(shí)，首先要選好作為試驗(yàn)荷載的車輛，要使試驗(yàn)車輛荷載對(duì)控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力與設(shè)計(jì)荷載對(duì)同一截面產(chǎn)生的內(nèi)力等效。為了保證立交橋荷載試驗(yàn)檢測(cè)過程安全，采用分級(jí)加載是常用的方法，目前成橋荷載試驗(yàn)檢測(cè)的加載重量一般采用標(biāo)準(zhǔn)的后八輪自卸車，這給試驗(yàn)過程的分級(jí)加載帶來一定的難度。試驗(yàn)過程中除了租用盡量多的標(biāo)準(zhǔn)車輛外，也采用距離法來達(dá)到分級(jí)加載的目的，如何控制好每級(jí)加載量及加載位置，是保證試驗(yàn)成功與否的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。
（6）認(rèn)真執(zhí)行國(guó)家頒發(fā)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程和有關(guān)規(guī)定。根據(jù)工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，合理地安排施工工序，安排人力資源，保證質(zhì)量和進(jìn)度。
