對某高速公路大橋荷載試驗的分析
2017-09-18
荷載試驗就是對橋梁進行直接加載測試的科學試驗。橋梁荷載試驗不僅要求工作人員具有豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗，而且同時需要堅實的理論基礎作為指導。某高速公路大橋全長1580.52m，主橋為66+5 120+66m剛構(gòu)―連續(xù)組合梁橋，其中10、11號墩為梁墩固結(jié)的雙薄壁墩。引橋分別為7 40、20 40m預應力混凝土連續(xù)T梁；主橋主梁采用預應力混凝土箱梁，為雙箱單室截面；橋面寬度25.5m，最大縱坡：≤2.0% ，橋面橫坡：1.5%，設計荷載：汽車-超20級，掛車-120，設計時速100km/h，雙向四車道。下面對該大橋荷載試驗進行分析。
1、靜力荷載試驗
橋梁靜力荷載試驗，主要是通過測量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗荷載作用下的變形和內(nèi)力，用以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與設計期望值是否相符。它是檢驗橋梁結(jié)構(gòu)實際工作性能，如結(jié)構(gòu)的強度、剛度等的最直接和最有效的手段和方法。
1.1 測試斷面及測點布置
測試截面選在箱梁跨中截面、1/4截面，支點截面以及T梁的跨中截面和支點截面。
1.2 試驗方法
（1） 應變擬采用在箱梁表面粘貼型號為SM-5A型的鋼弦式應變計，配匹振弦式讀數(shù)器MB6TL系統(tǒng)測量；
?。?） 控制截面撓度，采用Topcon精密電子水準儀進行測量，測量精度0.1mm；
?。?） 結(jié)構(gòu)控制部位的混凝土表面開裂情況，采用人工目力觀測，輔助刻度放大鏡測定裂縫寬度，裂縫長度和位置采用5m鋼卷尺直接量測。
1.3 試驗荷載
1.3.1荷載車參數(shù)
選用30噸的車輛進行加載試驗，根據(jù)加載工況的不同選用不同數(shù)量的加載車。
1.3.2 試驗工況
加載位置與加載工況的確定原則為：盡可能用最少的加載車輛達到最大的試驗荷載效率，同時應考慮簡化加載工況，縮短試驗時間，在滿足試驗荷載效率的前提下對加載工況進行適當合并，每一加載工況依據(jù)某一加載試驗項目為主，兼顧其他檢驗項目。
本次靜載試驗確定的加載工況有如下9種，其加載位置待計算后確定。
工況1：10#孔跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應的偏心加載試驗；
工況2：10#孔跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應的對稱加載試驗；
工況3：10#孔L/4截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應的偏心加載試驗；
工況4：主橋9#墩支點截面在可變荷載作用下的最不利負彎距的偏心加載試驗；
工況5：主橋邊跨最大正彎矩截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應及最大豎向撓度的偏心加載試驗；
工況6：主橋邊跨最大正彎矩截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應及最大豎向撓度的對稱加載試驗；
工況7：引橋T梁跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應以及最大豎向撓度的偏心加載試驗；
工況8：引橋T梁跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應以及最大豎向撓度的對稱加載試驗；
工況9：引橋T梁支點截面在可變荷載作用下最不利剪應力的偏心加載試驗。
1.3.3 試驗荷載效率
本次靜力荷載試驗所施加的外荷載擬采用每輛重約300kN的三軸載重汽車充當，就某一加載試驗項目而言，其所需加載車輛的數(shù)量，將根據(jù)設計標準活荷載產(chǎn)生的該加載試驗項目對應的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利效應值，按下式所確定的原則等效換算而得。
式中：η― 靜力試驗荷載效率；
Sstat― 試驗荷載作用下，某一加載試驗項目對應的
控制截面內(nèi)力或變位等的最大計算效應值；
S― 設計標準活載不計沖擊荷載作用時產(chǎn)生的該加載試驗項目對應的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計算效應值；
（1+μ）― 設計計算取用的沖擊系數(shù)。
試驗荷載與加載得到的各個截面內(nèi)力值與設計值相比為荷載效率系數(shù)。
本次靜力荷載試驗所需的加載車輛的數(shù)量，經(jīng)計算分析后確定。
1.3.4 加載方式與分級加載
為了獲取結(jié)構(gòu)試驗荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，就某一加載試驗項目，其靜力試驗荷載宜分級加載，分級卸載。
加載方式為單次逐級遞加到最大荷載，然后分級卸至零荷載。本次試驗加載分四級加載、一次卸載。
1.3.5 試驗加載程序
?。?）在進行正式加載試驗前，宜用兩輛載重加載車在橋跨L/2和L/4進行橫橋向?qū)ΨQ的預加載，預加載試驗每一加載載位的持荷時間以不少于20分鐘為宜。預加載的目的在于，一方面是使結(jié)構(gòu)進入正常工作狀態(tài)，另一方面是檢查測試系統(tǒng)和試驗組織是否工作正常。預加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復后，才可進入正式加載試驗。
?。?）正式加載試驗按加載工況序號逐一進行，完成一個序號的加載工況后，應使結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復，方可進入下一序號的加載工況。結(jié)構(gòu)零荷載充分恢復的標志是，實測結(jié)構(gòu)的最大變位在最后一個10分鐘內(nèi)的增量小于第一個10分鐘內(nèi)增量的15%。
1.3.6 靜力試驗規(guī)則
?。?）靜力試驗應選擇在氣溫變化不大于2℃和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時間間隔內(nèi)進行。試驗過程中在量測試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)響應的同時應相應地測量結(jié)構(gòu)表面溫度；
?。?）靜力試驗荷載持續(xù)時間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定所需要的時間，只有結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，才能進入下一荷載階段。同一級荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位在最后5分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個5分鐘內(nèi)變位增量的15%，或小于所用量測儀器的最小分辨值，即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定； （3）全部測點在正式加載試驗前均應進行零級荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后應立即讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，進入下一級荷載之前再讀數(shù)一次。只有對結(jié)構(gòu)變位較大的測點，宜每隔5分鐘觀測一次，以觀測結(jié)構(gòu)變位是否達到相對穩(wěn)定；
?。?）若在加載試驗過程中發(fā)生下列情況之一應立即終止加載試驗：控制測點應力或力值超過計算值并且達到或超過按規(guī)范安全條件反算的控制應力或力值時；控制測點變位超過規(guī)范允許值時；由于加載試驗使結(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。
2、動力荷載試驗
橋梁動力荷載試驗的主要目的是測試橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性指標（自振特性指標和動荷載作用下的振動特性指標），以檢驗這些指標能否滿足設計或規(guī)范規(guī)定，并對橋跨結(jié)構(gòu)健康建立初始動力特性基準參數(shù)。
2.1 脈動試驗
脈動試驗是指在橋面無任何交通荷載以及附近無規(guī)則振動源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激勵而引起的橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動響應（脈動響應）。
2.2 無障礙行車試驗
在橋面無任何障礙的情況下，用一輛載重汽車（總重約300kN）沿橋面軸線，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在行車車輛荷載作用下的動力反應。
2.3 跳車試驗
試驗時，讓1 輛300kN 試驗車的后輪在主橋跨中位置從高度為15cm 的三角形墊木突然下落，從而對橋梁產(chǎn)生沖擊作用，激起橋梁的豎向振動。測定此時橋梁跨中的最大動撓度及其相應的激振頻率。
參考文獻：
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4.肖偉，張玉偉.某曲線連續(xù)梁橋的靜力荷載試驗分析[J].交通科技與經(jīng)濟.2013（01）
作者簡介：
王麗麗（1982.10- ），女，漢族，浙江寧波人， 2009年7月畢業(yè)于重慶交通大學，現(xiàn)就職于浙江湖州市交通工程處，工程師。研究方向：道路與橋梁、公路水運試驗檢測。
