劉 磊

(山西省公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心，山西 太原 030006)

動(dòng)靜荷載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

劉 磊

(山西省公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心，山西 太原 030006)

針對(duì)某橋梁工程實(shí)際情況，分析了靜荷載試驗(yàn)與動(dòng)荷載試驗(yàn)的具體方法，并根據(jù)結(jié)構(gòu)物在加載條件下的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，掌握了橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載情況下的實(shí)際工作形態(tài)，繼而對(duì)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)與承載力水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以此為橋梁加固與維修提供可靠的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)提高橋梁加固針對(duì)性與有效性的目標(biāo)。

橋梁檢測(cè)，動(dòng)荷載試驗(yàn)，靜荷載試驗(yàn)

0 引言

近年來，國內(nèi)橋梁設(shè)施經(jīng)常發(fā)生安全事故，嚴(yán)重影響了道路橋梁的正常通行，造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。為確?，F(xiàn)役橋梁處在最佳的安全和技術(shù)狀態(tài)，應(yīng)對(duì)其實(shí)施綜合的試驗(yàn)檢測(cè)與分析判斷。對(duì)絕大多數(shù)橋梁而言，試驗(yàn)檢測(cè)內(nèi)容主要有：外觀試驗(yàn)檢測(cè)與實(shí)體試驗(yàn)檢測(cè)。其中，外觀試驗(yàn)檢測(cè)還包括：橋面及上下部結(jié)構(gòu)；實(shí)體試驗(yàn)檢測(cè)包括：結(jié)構(gòu)尺寸、碳化深度、銹蝕程度與保護(hù)層厚度等。其對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法主要為動(dòng)靜荷載試驗(yàn)。基于此，圍繞橋梁的實(shí)際情況，分別論述在此橋梁檢測(cè)過程中動(dòng)荷載試驗(yàn)與靜荷載試驗(yàn)的具體應(yīng)用方法。

1 橋梁工程概況

某橋?yàn)閮勺煌瑫r(shí)期建造的并列橋梁，其總長(zhǎng)約155 m，結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)支梁，橫向兩橋并列，間距為3.35 m，跨徑一致。橋梁下部采用雙柱式加蓋梁墩、臺(tái)和雙柱式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，兩橋墩柱直徑有所不同，上游橋墩柱直徑為0.8 m；下游橋墩柱直徑為1.0 m。橋面表面為雙向四車道，南北兩側(cè)人行道寬1.0 m和0.7 m，中央分隔帶寬3.35 m，雙向車道寬7.0 m和9.0 m。經(jīng)調(diào)查，本橋避免出現(xiàn)若干坑槽，結(jié)構(gòu)損壞情況較為嚴(yán)重，初步斷定已屬危橋。現(xiàn)圍繞本橋上游橋?qū)嶋H情況，對(duì)動(dòng)靜荷載試驗(yàn)方法進(jìn)行分析。

2 橋梁試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 基本內(nèi)容

1)橋跨主體結(jié)構(gòu)工作性能；

2)主梁承載力；

3)主梁動(dòng)載試驗(yàn)。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

將市區(qū)方向作為0號(hào)臺(tái)，反方向作為13號(hào)橋臺(tái)，墩臺(tái)編號(hào)為1～12。按從北至南的方向?qū)χ髁哼M(jìn)行編號(hào)。結(jié)合檢測(cè)方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果，將10號(hào)跨與11號(hào)跨作為主要檢測(cè)單元。在跨中截面點(diǎn)和簡(jiǎn)支梁支點(diǎn)分別設(shè)置位移測(cè)點(diǎn)；在兩檢測(cè)單元的1號(hào)和2號(hào)工字梁肋部跨中的側(cè)面分別設(shè)置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)設(shè)置在理論支撐線以外40 cm處。

2.3 試驗(yàn)加載

1)橋跨主體結(jié)構(gòu)工作性能的試驗(yàn)加載為：?jiǎn)巍?0 t跨中加載。

2)主梁承載力的試驗(yàn)加載為：采用20 t,30 t和40 t加載車，數(shù)量均為2輛。

3 靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及分析

3.1 荷載分布

1)分布系數(shù)。

a.根據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果制定計(jì)算說明書[1]。

b.采用彈性連續(xù)梁的計(jì)算方法對(duì)跨中截面進(jìn)行計(jì)算。

c.結(jié)構(gòu)荷載包括人群荷載與汽車荷載，分別為3 kN/m2和汽車—15級(jí)。系數(shù)的計(jì)算結(jié)果為：1號(hào)梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.470,0.713；2號(hào)梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.476,0.457；3號(hào)梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.400,0.200。

2)結(jié)果分析。

由結(jié)果可知，在偏載情況下荷載一般傳遞在三個(gè)梁之間，印證橋梁的橫向剛度較差。從實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，計(jì)算的橫向分布結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果偏離，且荷載通常是在相鄰的梁上進(jìn)行傳遞，遠(yuǎn)距梁幾乎不具備承擔(dān)荷載能力。

3.2 主梁承載力試驗(yàn)檢測(cè)

1)對(duì)各個(gè)主梁在加載情況下的彎矩大小進(jìn)行計(jì)算。

2)試驗(yàn)荷載的實(shí)際效率保持在0.96～1.18范圍內(nèi)，在彎矩達(dá)到最大的情況下對(duì)應(yīng)效率值為1.18，滿足相應(yīng)規(guī)范提出的要求[2]。

3)從位移測(cè)試得出的結(jié)果中可知，實(shí)際加載效率可以滿足現(xiàn)行橋梁檢定規(guī)程的各項(xiàng)要求，撓度校驗(yàn)系數(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果保持在0.621～1.280范圍內(nèi)，說明本橋承載力無法支撐20 t汽車，即通行荷載必須控制15 t以下。

3.3 應(yīng)力應(yīng)變

對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變的試驗(yàn)檢測(cè)，主要使用的是電阻應(yīng)變片及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)。此次檢測(cè)主要是對(duì)10號(hào)跨與11號(hào)跨的邊側(cè)混凝土實(shí)施檢測(cè)，共設(shè)五個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試成果，跨中應(yīng)變的最大值比計(jì)算值大，說明現(xiàn)有承載力無法滿足基本荷載要求；在中性軸的高度方面，理論值小于實(shí)測(cè)值。

3.4 混凝土應(yīng)變的試驗(yàn)檢測(cè)

混凝土應(yīng)變主要使用應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)及電阻應(yīng)變片進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。此次檢測(cè)主要是對(duì)10號(hào)跨與11號(hào)跨的邊側(cè)混凝土實(shí)施檢測(cè)，共設(shè)五個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)試成果，跨中應(yīng)變的最大值和計(jì)算值非常接近，說明實(shí)際承載力大于設(shè)計(jì)荷載；而在中性軸的高度方面，理論值小于實(shí)測(cè)值。由于混凝土拉應(yīng)力的最大實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出抗拉極限，因此斷定混凝土已經(jīng)發(fā)生開裂。

3.5 綜合評(píng)定

1)本橋的實(shí)際承載力無法滿足規(guī)范要求，有發(fā)生特大事故的可能，相比正常橋梁，發(fā)生事故的幾率相對(duì)較大，如果未進(jìn)行有效處理，將引發(fā)災(zāi)難性事故。

2)本橋?qū)嶋H荷載通行能力已低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即無法滿足汽車—10級(jí)的要求。

3)通過本橋的實(shí)際平均荷載已達(dá)到超載水平，使橋梁結(jié)構(gòu)受到不同程度的影響，繼而出現(xiàn)損壞。

4 動(dòng)荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及分析

4.1 基本內(nèi)容

1)橋梁在動(dòng)荷載條件下的自振頻率；

2)汽車對(duì)橋梁造成的沖擊系數(shù)。

仍以10號(hào)跨與11號(hào)跨為主要試驗(yàn)對(duì)象，由載重汽車進(jìn)行行駛激振，其行駛速度分為三等：20 km/h,40 km/h和60 km/h，按照對(duì)稱的方式行駛，對(duì)橋梁的振動(dòng)特性進(jìn)行采集分析[3]。

4.2 自振頻率和阻尼比

橋梁自身動(dòng)力性能主要由自譜分析求得。當(dāng)載重汽車的行駛速度為20 km/h時(shí)進(jìn)行時(shí)域波形與自譜分析；當(dāng)載重汽車的行駛速度為40 km/h時(shí)進(jìn)行時(shí)域波形與自譜分析。基于脈動(dòng)條件，頻率的主要成分為：2.483 Hz～3.422 Hz，其對(duì)應(yīng)的阻尼比保持在0.036～0.111范圍內(nèi)；基于車載條件，頻率的主要成分為3.5 Hz，其對(duì)應(yīng)的阻尼比保持在0.012 3左右。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，本橋結(jié)構(gòu)的自振頻率應(yīng)當(dāng)達(dá)到10.31 Hz，但計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值；阻尼比的正常范圍為0.01～0.08，實(shí)測(cè)值為0.121，超出標(biāo)準(zhǔn)。由于橋梁的理論頻率比實(shí)測(cè)頻率大，所以橋梁剛度相對(duì)較差[4]。

4.3 汽車沖擊系數(shù)

在進(jìn)行動(dòng)荷載位移與應(yīng)變測(cè)量過程中，從所有測(cè)點(diǎn)當(dāng)中選擇有良好信號(hào)的3個(gè)測(cè)點(diǎn)實(shí)施重點(diǎn)分析。根據(jù)應(yīng)變波形，汽車沖擊系數(shù)的計(jì)算結(jié)果為1.21；根據(jù)動(dòng)荷載應(yīng)變測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為1.26。

4.4 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

汽車沖擊系數(shù)應(yīng)保持在1.17～1.22范圍內(nèi)，當(dāng)實(shí)測(cè)基頻等于3.54 Hz時(shí)，沖擊系數(shù)經(jīng)計(jì)算等于1.22，說明橋梁的頻率相對(duì)較低，不具良好的整體性能。根據(jù)以上各項(xiàng)實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，橋梁主梁頻率不均勻，通過與規(guī)范的比較，本橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際損傷較為嚴(yán)重，承載力正不斷降低[5]。

5 橋梁的動(dòng)靜荷載試驗(yàn)結(jié)果

1)按照現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算，本橋無法滿足設(shè)計(jì)荷載要求，在特殊條件下工字梁?jiǎn)为?dú)受力，混凝土不再受力，橋跨的主體結(jié)構(gòu)無法滿足汽車—10級(jí)荷載要求。

2)主梁支點(diǎn)截面的最大承載力低于荷載要求，造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)楣ぷ至焊拱遢^小，會(huì)對(duì)橋梁整體安全帶來十分嚴(yán)重的危害。

3)本橋無法滿足公路—Ⅱ級(jí)荷載要求，因這一標(biāo)準(zhǔn)于2004年就已提出，所以現(xiàn)役的所有橋梁都必須滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，而本橋不滿足，故斷定屬于危橋。

6 結(jié)語

橋梁試驗(yàn)檢測(cè)過程中的動(dòng)靜荷載試驗(yàn)不僅在理論上十分成熟，而且在實(shí)踐中也有著極為廣泛的應(yīng)用。除了可以為新建橋梁承載力判定給予支持，還能為舊橋使用狀況及安全水平評(píng)價(jià)提供科學(xué)的方法，是現(xiàn)階段主流的橋梁試驗(yàn)方法，在橋梁綜合評(píng)價(jià)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

[1] 閆玉民.動(dòng)靜荷載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國建設(shè)信息，2013(16):54-59.

[2] 趙賽雷.論動(dòng)靜荷載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2014(3):158，160.

[3] 邱曉明.橋梁荷載試驗(yàn)在廈門BRT高架橋檢測(cè)中的應(yīng)用[J].福建建材，2016(3):23-25，61.

[4] 俞敏明.公路橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用[J].建材與裝飾，2016(38):239-240.

[5] 魏麗華，岳渠德，姜福香.橋梁結(jié)構(gòu)延性抗震分析[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015(6):27-29.

The application of static and dynamic load test in bridge detection

Liu Lei

(ShanxiHighwayEngineeringQualityInspectionCenter,Taiyuan030006,China)

According to the actual situation of a bridge engineering, this paper analyzed the specific method of static load test and dynamic load test, and according to the relevant data of structure under loading situation, combining with the data analysis results, learned the actual work form of bridge structure under different load conditions, and then comprehensive evaluated the structure safety state and bearing capacity level, provided reliable basis for bridge reinforcement and maintenance, achieved the pertinency and effectiveness goal to improve the bridge reinforcement.

bridge detection, dynamic load test, static load test

1009-6825(2017)22-0175-03

2017-05-23

劉 磊(1981- )，男，工程師

U446

A