公路橋梁靜力荷載試驗檢測分析
2015-12-29
一、靜荷載試驗
橋梁靜載試驗是將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置而測試結構的靜力位移、靜力應變、裂縫等參量的試驗項目，從而推斷橋梁結構在荷載作用下的工作性能及使用能力。靜載試驗是結構試驗中最大量、最常見的基本試驗。因為橋梁結構工作時所受的荷載主要是靜力荷載，橋梁結構的自重當然屬于靜力荷載，就是荷載位置隨時間而變的移動車輛荷載在設計計算時一般也是作為靜載來考慮的。靜載試驗一般可以通過重力或其他類型的加載設備來實現(xiàn)和滿足加載要求，靜載試驗的加載過程是從零開始逐步遞增，一直到預定的荷載為止。靜載試驗是了解結構特性的重要手段，不僅用它來直接解決結構的靜力問題，就是在進行結構動力試驗時，一般也要先進行靜載試驗，以測定結構有關的特性參數(shù)。
二、公路橋梁靜力荷載試驗檢測分析
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某立交橋為H市一座雙向四車道預應力混凝土空心板橋。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。由于該橋已運營多年,隨著交通量及車輛荷載的大幅增加,部分構件已出現(xiàn)裂縫,急需通過檢測,確定其是否需要加固來提高其荷載等級。
?。ǘ┰囼灆z測內(nèi)容
本次試驗選取由北向南的第16跨進行試驗。該跨伸縮縫處橋面鋪裝損壞嚴重,跳車現(xiàn)象十分明顯并導致此處蓋梁出現(xiàn)裂縫。本次檢測選擇其中5片板梁進行應力、撓度等內(nèi)容的測試。
?。ㄈ┰囼灆z測方法
本次荷載試驗的目的就是通過對實橋進行加載、測試,從而摸清橋梁結構的實際工作狀態(tài);通過實測各控制截面的應力和變形(撓度),并與相應的理論驗算值相比較,進而分析與判斷橋梁結構的安全承載能力和使用條件。
?。ㄋ模┘虞d方式
對試驗荷載分級施加，以測試荷載效應與荷載的變化關系以及防止橋梁結構意外損傷。一般將荷載按加載汽車數(shù)量分級。荷載逐級遞加，達到最大荷載后一次卸載。加載試驗每工況重復至少一次。試驗前在橋面預先畫出輪位，加載時汽車應準確就位，卸載時車輛應退出結構試驗影響區(qū)，車速不大于5公里/小時。每次加載或卸載的持續(xù)時間取決于結構變位達到穩(wěn)定標準所需的時間。試驗時取數(shù)個關鍵測點，監(jiān)測其測讀數(shù)，只有該級荷載階段內(nèi)結構變位相對穩(wěn)定后才能進入下一個荷載階段。
全部測點在每次加載或卸載后立即讀數(shù)一次，并在結構變位穩(wěn)定后進入下一級荷載前再讀數(shù)一次。對本試驗選跨中斷面撓度測點每5分鐘讀數(shù)一次，以觀測結構變位是否達到穩(wěn)定。一旦結構變位達到穩(wěn)定，測讀完各測點讀數(shù)后即可進入下一級加載。
本橋原設計荷載為汽-超20、掛-100,考慮到現(xiàn)有重型車輛通過,決定采用4輛200kN汽車進行靜載試驗。加載車輛總重20t,前輪軸重5.0t,后輪軸重15.0t。
（五） 試驗規(guī)定
?。?）靜力試驗選擇在氣溫變化不大和結構溫度趨于穩(wěn)定的時間段內(nèi)進行。試驗過程中在量測試驗荷載作用下結構響應的同時相應地測量結構表面溫度。
?。?）靜力試驗荷載持續(xù)時間，原則上取決于結構變位達到相對穩(wěn)定所需要的時間，只有結構變位達到相對穩(wěn)定后，才能進入下一荷載階段。
（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即讀數(shù)一次。試驗時選在結構變位較大的測點，每隔5分鐘觀測一次，以觀測結構變位是否達到相對穩(wěn)定。
（六）靜載試驗的終止
若在加載試驗過程中發(fā)生下列情況之一，立即終止加載試驗：
（1）控制測點應力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時。
?。?）控制測點變位超過規(guī)范允許值時。
?。?）由于加載試驗使結構出現(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)測試截面以及測點布置。為測定板梁的混凝土在活載作用下的應力情況,取橋梁西南角1/4區(qū)域的梁布置應變片。
?。ㄆ撸┯嬎惴椒ㄅc結果
采用空間有限元軟件Midas,計算出結構在各工況情況下應力、內(nèi)力和位移,按照規(guī)范所規(guī)定的各項容許指標,驗算其是否滿足結構承載力要求根據(jù)前述的荷載,列出四種工況相應于進行靜載試驗時測點的理論應力值及跨中撓度,見表4、表5所列。
通過試驗,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,本橋滿足設計強度要求,橋梁變形符合設計剛度規(guī)定,橋梁表面裂縫觀測、幾何尺寸偏差均滿足設計要求和《公路工程質量檢驗評定標準》中的有關規(guī)定。因此,本橋承載能力能達到汽-超20級、掛車-100級。其預應力蓋梁(因跳車和超載產(chǎn)生的豎向裂縫)應進行加固處理,蓋梁上已損壞的支座必須進行更換,同時對該橋常規(guī)檢測發(fā)現(xiàn)的病害進行處理。
三、公路橋梁靜力荷載試驗檢測質量保證措施
為了確保荷載試驗達到既定的目的，滿足成橋質量評價依據(jù)的需要，將采取以下措施保證試驗圓滿成功：
?。?）在滿足荷載試驗要求的前提下，一定要保證大橋結構的安全。因此，荷載試驗的效率系數(shù)不宜過大，同時注意主梁局部受力情況，避免局部荷載集中，引起混凝土結構應力過大而開裂。對試驗數(shù)據(jù)進行必要的實時處理分析，及時判斷結構在各級荷載下的反映是否正常，防止結構出現(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；
（2）前期理論分析做到準確、細致，盡量反映大橋目前的實際受力和變形。
?。?）對位移和應變的測試儀器，在測試前進行嚴格標定。測試數(shù)據(jù)主要由系統(tǒng)自動采集，確保數(shù)據(jù)采集的快速和準確，記錄清楚、真實。試驗準備期間，對相應的測試系統(tǒng)精心調(diào)試，確保設備正常工作，及時準確地采集數(shù)據(jù)；現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)時，注意測試數(shù)據(jù)的變化，及時與理論值比較，判斷數(shù)據(jù)是否正常，現(xiàn)場找出測試數(shù)據(jù)誤差原因。切實履行記錄和檢查制度，發(fā)現(xiàn)疑點或異常的數(shù)據(jù)及時檢查，保證測試數(shù)據(jù)的準確可靠。
?。?）橋梁的受力和變形與結構溫度場的變化關系很大，因此，對于荷載試驗時的天氣變化將足夠重視，盡量避免在劇烈變溫時段內(nèi)進行試驗，測量結構溫度場的變化并進行必要的溫度修正。
?。?）靜載試驗加載量控制的難點
加載應在指揮人員指揮下嚴格按計劃程序進行。當采用車輛加載時，首先要選好作為試驗荷載的車輛，要使試驗車輛荷載對控制截面產(chǎn)生的內(nèi)力與設計荷載對同一截面產(chǎn)生的內(nèi)力等效。為了保證立交橋荷載試驗檢測過程安全，采用分級加載是常用的方法，目前成橋荷載試驗檢測的加載重量一般采用標準的后八輪自卸車，這給試驗過程的分級加載帶來一定的難度。試驗過程中除了租用盡量多的標準車輛外，也采用距離法來達到分級加載的目的，如何控制好每級加載量及加載位置，是保證試驗成功與否的重點，也是難點。
（6）認真執(zhí)行國家頒發(fā)的技術標準、規(guī)范、規(guī)程和有關規(guī)定。根據(jù)工程特點和現(xiàn)場施工條件，合理地安排施工工序，安排人力資源，保證質量和進度。
