呂黎明

合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司 安徽 合肥 230051

引言

為保障整個(gè)橋梁工程的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要針對(duì)橋梁工程合理開(kāi)展靜載試驗(yàn)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)橋梁綜合承載力，而靜載試驗(yàn)同時(shí)也是判斷評(píng)價(jià)橋梁承載力的直接方法和有效措施。靜載試驗(yàn)操作原理十分簡(jiǎn)潔，是在橋梁目標(biāo)區(qū)域施加標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)等效荷載，準(zhǔn)確檢測(cè)結(jié)構(gòu)變形。靜載試驗(yàn)?zāi)軌蜉o助檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效果，準(zhǔn)確判斷橋梁承載力。

1 橋梁荷載試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施荷載試驗(yàn)主要是為了進(jìn)一步了解實(shí)際荷載下橋梁實(shí)際受力狀況，準(zhǔn)確判斷橋梁結(jié)構(gòu)安全性以及整體承載力。不管結(jié)構(gòu)分析技術(shù)多么發(fā)達(dá)和先進(jìn)，都無(wú)法取代公路橋梁工程的性能測(cè)試。構(gòu)筑物承擔(dān)某種荷載條件下，對(duì)整體應(yīng)變測(cè)試結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，按照相關(guān)測(cè)試結(jié)果，工程師可以對(duì)橋梁實(shí)際結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確了解。我國(guó)橋梁工程規(guī)模大，建設(shè)速度快，特別是各種建成時(shí)間較為久遠(yuǎn)的大橋，因?yàn)槭褂脮r(shí)間較長(zhǎng)，部分橋甚至遺失部分工程特征，影響舊橋評(píng)估結(jié)果，針對(duì)橋梁開(kāi)展荷載試驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)闃蛄喊踩珣?yīng)用、改造加固、養(yǎng)護(hù)等工作提供有效參考資料。對(duì)于各種新建橋梁，因?yàn)槠渲袘?yīng)用各種新型技術(shù)材料，在施工工藝以及結(jié)構(gòu)形式等方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)施工，使得理論狀態(tài)和工程實(shí)際狀態(tài)之間形成巨大差距，該種條件下，掌握整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)性能和受力狀況的最為有效措施便是開(kāi)展荷載試驗(yàn)。借助荷載試驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷻z測(cè)各種新型技術(shù)材料是否滿足預(yù)期效果，判斷新型結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)是否可靠、安全，在設(shè)計(jì)中是否考慮各種問(wèn)題影響等，為后期各種橋梁工程建設(shè)發(fā)展提供有效參考信息，助力橋梁技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。針對(duì)各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大跨度橋梁，隨著國(guó)內(nèi)大跨橋梁建設(shè)能力持續(xù)提升，保障各種復(fù)雜橋梁和大跨橋梁安全、質(zhì)量具有重要作用，為此需要借助荷載試驗(yàn)實(shí)施全面檢測(cè)。借助橋梁荷載試驗(yàn)，能夠有效檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)受力性能和施工質(zhì)量，判斷橋梁結(jié)構(gòu)整體承載力是否符合具體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)判斷橋梁應(yīng)用條件和運(yùn)營(yíng)狀況，為后續(xù)科學(xué)應(yīng)用以及竣工驗(yàn)收提供有效參考信息。

2 橋梁靜載試驗(yàn)方法和流程

2.1 全面采集設(shè)計(jì)、施工材料

靜載試驗(yàn)相關(guān)設(shè)計(jì)工作涵蓋測(cè)點(diǎn)布置以及荷載設(shè)計(jì)等內(nèi)容。開(kāi)始正式實(shí)施設(shè)計(jì)工作前，需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)各種施工資料和設(shè)計(jì)信息進(jìn)行全面采集，相關(guān)資料包含橋梁工程不同結(jié)構(gòu)部分標(biāo)高、行車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)、支座、截面尺寸以及荷載等級(jí)等內(nèi)容。除此之外，還需要向設(shè)計(jì)單位尋求結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)。針對(duì)施工環(huán)節(jié)各種材料做好全面采集整理工作[1]。

靜載試驗(yàn)中需要結(jié)合橋梁具體受力狀況和整體橋型進(jìn)行合理判斷。針對(duì)簡(jiǎn)單橋梁結(jié)構(gòu)，只需選擇其中1到2個(gè)截面即可。像是簡(jiǎn)支橋梁，選擇跨中最高正彎矩截面以及支點(diǎn)截面。三鉸拱橋可以選擇拱腳截面以及拱頂截面。針對(duì)各種較為復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)，為了對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面、細(xì)致的了解，需要合理選擇多種工況，具體狀況聯(lián)系跨徑和橋型進(jìn)行合理選擇。例如連續(xù)橋梁可以選擇邊跨以及主跨對(duì)應(yīng)跨中截面，中支點(diǎn)最高負(fù)彎矩截面。懸索橋以及斜拉橋除了主梁相關(guān)正負(fù)彎矩最高截面，還需要選擇橋塔塔頂最高變形工況，以及橋塔塔腳對(duì)應(yīng)截面工況。針對(duì)斜橋，需要適當(dāng)增加各種不利扭矩工況，曲線橋需要綜合考慮彎扭耦合等影響。

2.2 考察試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)環(huán)節(jié)需要系統(tǒng)考察試驗(yàn)對(duì)象，具體考察內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)物整體技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)構(gòu)物平面尺寸、大小、高程位置和材料物理力學(xué)性能等。加載設(shè)備選擇中，對(duì)于可行式車(chē)輛加載，普遍是通過(guò)貨車(chē)裝載貨物實(shí)施加載工作，假如試驗(yàn)用車(chē)輛對(duì)應(yīng)規(guī)格型號(hào)不符合設(shè)計(jì)要求，可以按照標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛荷載狀況，對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛進(jìn)行合理選擇，假如不符合相關(guān)條件，可以繼續(xù)實(shí)施換算，換算為等效試驗(yàn)車(chē)輛荷載。按照計(jì)算內(nèi)力影響線實(shí)施換算。當(dāng)前應(yīng)用較多的荷載便是汽車(chē)荷載，同時(shí)適用動(dòng)載試驗(yàn)以及靜載試驗(yàn)。對(duì)于重物直接加載，相關(guān)重物加載單純限制于靜載試驗(yàn)，屬于某種間接加載措施，可以在橋面測(cè)點(diǎn)提前設(shè)置支架，或直接設(shè)置于橋面。因?yàn)橹匚锛虞d涉及龐大工作量，消耗過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，需要對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行合理安排和充分準(zhǔn)備，預(yù)防因?yàn)榧虞d時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響最終試驗(yàn)結(jié)果[2]。

2.3 分析計(jì)算

計(jì)算分析環(huán)節(jié)需要對(duì)各種材料信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)仔細(xì)審核。假如計(jì)算單位所提供各種數(shù)據(jù)信息以及計(jì)算書(shū)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，需要針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)目標(biāo)檢測(cè)部位實(shí)際受力狀況開(kāi)展系統(tǒng)分析和準(zhǔn)確計(jì)算，具體涵蓋各種應(yīng)力數(shù)據(jù)和變位數(shù)值。做好設(shè)計(jì)單位各項(xiàng)計(jì)算材料復(fù)核工作。在公路橋梁相關(guān)荷載試驗(yàn)規(guī)程條例中，針對(duì)靜載試驗(yàn)重點(diǎn)荷載效率進(jìn)行了明確規(guī)定，假如針對(duì)竣工或是交付工程，需要將對(duì)應(yīng)荷載效率設(shè)計(jì)在0.85到1.05之間。處于其他條件下，可以把荷載效率設(shè)置在0.95到1.05之間[3]。

2.4 確定加載試驗(yàn)項(xiàng)目

面向橋梁工程開(kāi)展靜載試驗(yàn)中，需要準(zhǔn)確把握其中的重點(diǎn)試驗(yàn)內(nèi)容，檢測(cè)部位。其中試驗(yàn)重點(diǎn)可以進(jìn)一步總結(jié)為3種：第一是最高正負(fù)彎矩截面整體應(yīng)力狀況；第二是最高偏載影響下橋梁結(jié)構(gòu)整體受力狀況以及橫向分布系數(shù)；第三是最高剪力截面整體應(yīng)力狀況。這三個(gè)方面也是保障順利實(shí)施靜載試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件。測(cè)點(diǎn)布置中，對(duì)于應(yīng)變位移測(cè)點(diǎn)，需要在橋梁結(jié)構(gòu)最大位移以及最高應(yīng)變區(qū)域設(shè)置位移測(cè)點(diǎn)和應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，聯(lián)系測(cè)試內(nèi)容與測(cè)試截面實(shí)施科學(xué)分配，具體布置原則是充分反饋整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)受力特征。在設(shè)置單向應(yīng)變測(cè)點(diǎn)中，需要綜合考慮上下分布狀況和左右對(duì)稱(chēng)性，對(duì)于其中的重點(diǎn)部位可以適當(dāng)擴(kuò)大測(cè)點(diǎn)設(shè)置，準(zhǔn)確反映截面高度以及應(yīng)變規(guī)律特征。位移測(cè)點(diǎn)布置需要準(zhǔn)確體現(xiàn)出橋梁橫向撓度整體分布規(guī)律，準(zhǔn)確體現(xiàn)出不同荷載工況對(duì)應(yīng)撓度曲線[4]。

2.5 確定控制荷載

橋梁荷載包括汽車(chē)、人群以及各種重型車(chē)輛。確定控制荷載過(guò)程中，需要對(duì)不同荷載作用下控制截面所形成內(nèi)力狀況進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算靜載試驗(yàn)對(duì)應(yīng)控制荷載是較為不利內(nèi)力條件下形成荷載。在初步確定試驗(yàn)荷載高低以及加載部位中，需要綜合考慮靜載試驗(yàn)效率影響，大部分條件下，對(duì)應(yīng)數(shù)值可以選擇在0.8到1.05之間。假如橋梁工程形成相對(duì)全面的檢算工作，具體試驗(yàn)效率參數(shù)可以選擇較小值，相反條件下可以選擇較大值。大部分條件下，季節(jié)會(huì)從不同程度上影響靜載試驗(yàn)結(jié)果。假如溫度狀況形成較大變化會(huì)從某種程度上削弱靜載試驗(yàn)效果，為此需要綜合考慮相關(guān)影響實(shí)施靜載試驗(yàn)。為有效控制外部各種元素影響，通常會(huì)選擇在天氣狀況良好以及季節(jié)溫度較為穩(wěn)定條件下實(shí)施靜載試驗(yàn)[5]。

確定控制荷載，控制荷載是使橋梁結(jié)構(gòu)受力處于最為不利條件下的荷載。針對(duì)橋梁開(kāi)展荷載試驗(yàn)中需要對(duì)相關(guān)荷載實(shí)施合理控制，將整體控制荷載以及試驗(yàn)荷載差距控制在最小范圍內(nèi)。在處于不同目的條件下，對(duì)應(yīng)試驗(yàn)荷載也各不相同。例如驗(yàn)收性荷載試驗(yàn)中，需要堅(jiān)持設(shè)計(jì)荷載作為參考標(biāo)準(zhǔn)，荷載試驗(yàn)鑒定中，密切聯(lián)系現(xiàn)實(shí)狀況實(shí)施靈活調(diào)整，為保障試驗(yàn)荷載滿足具體要求，可以選擇效率系數(shù)針對(duì)試驗(yàn)荷載進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。靜載試驗(yàn)中，實(shí)施加載環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)考慮以下3種活荷載：第一是標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算荷載，涵蓋人群和汽車(chē)；第二是標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)算荷載，涵蓋履帶車(chē)以及掛車(chē)；第三是特殊荷載，主要是以特殊車(chē)輛為主。

2.6 確定加載程序

為進(jìn)一步提升靜載試驗(yàn)安全性和穩(wěn)定加載，需要按照分級(jí)加載手段開(kāi)展靜載試驗(yàn)。大部分條件下，各級(jí)荷載可以直接選擇初步確定試驗(yàn)荷載的20%到25%左右，劃分為4到5級(jí)實(shí)施加載處理即可。各級(jí)荷載需要合理設(shè)置間歇時(shí)間，保障設(shè)備擁有充足間歇時(shí)間。普遍需要按照結(jié)構(gòu)變形狀況判斷間歇時(shí)間大小，確保各級(jí)順利施加荷載后，整個(gè)結(jié)構(gòu)變形狀況能夠徹底呈現(xiàn)出來(lái)。在施加過(guò)所有荷載后，需要留出充足滿載間歇時(shí)間。同時(shí)于該段時(shí)間內(nèi)開(kāi)展多次結(jié)構(gòu)觀測(cè)。結(jié)束觀測(cè)檢查后，還需進(jìn)行全面記錄，準(zhǔn)確把握整個(gè)結(jié)構(gòu)變形狀況。如果部分橋梁建成時(shí)間較長(zhǎng)，以及缺少完善的資料信息，可以適當(dāng)擴(kuò)大荷載分級(jí)數(shù)，同時(shí)在各級(jí)荷載穩(wěn)定加載后，繼續(xù)開(kāi)展下級(jí)荷載的加載處理。結(jié)束加載后直接卸載。具體加載分級(jí)措施如下，按照內(nèi)力影響線，對(duì)車(chē)輛分布位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)安排，引導(dǎo)車(chē)輛逐一上橋，輕車(chē)優(yōu)先。具體加載時(shí)間普遍是在夜間實(shí)施，在12點(diǎn)到6點(diǎn)之間，因?yàn)樵摱螘r(shí)間內(nèi)的環(huán)境溫差變化較小，能夠進(jìn)一步控制溫差對(duì)于最終試驗(yàn)結(jié)果的影響，合理控制對(duì)于交通環(huán)境的影響，整體加載時(shí)間可以控制在20min之內(nèi)，預(yù)防橋梁長(zhǎng)期負(fù)載所形成嚴(yán)重?fù)p傷。

2.7 測(cè)點(diǎn)布置

針對(duì)橋梁工程實(shí)施靜載試驗(yàn)中，需要合理挑選數(shù)個(gè)測(cè)試點(diǎn)，對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)選擇中需要按照下列原則實(shí)施，第一是測(cè)點(diǎn)布置可少不可多，但同時(shí)需要保證充足的測(cè)點(diǎn)數(shù)量，預(yù)防出現(xiàn)盲目設(shè)置測(cè)點(diǎn)等問(wèn)題，進(jìn)行準(zhǔn)確分析計(jì)算。第二是保證設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)的代表性，保證布置測(cè)點(diǎn)方便安全施工和便利試驗(yàn)。第四是合理布置相應(yīng)數(shù)量校核性測(cè)點(diǎn)[6]。

在橋梁工程各個(gè)測(cè)點(diǎn)布置中需要重點(diǎn)關(guān)注下列內(nèi)容，第一是科學(xué)設(shè)置撓度測(cè)點(diǎn)，大部分條件下，撓度測(cè)點(diǎn)是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體側(cè)向撓度、豎向撓度以及扭轉(zhuǎn)變形等狀況進(jìn)行合理檢測(cè)，結(jié)合難度測(cè)點(diǎn)檢測(cè)可以順利獲取受檢跨，以及對(duì)應(yīng)鄰跨最高撓度值以及撓曲線。一般針對(duì)每跨需要設(shè)置3到5個(gè)測(cè)點(diǎn)。第二是合理設(shè)置結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)具體包含橫向界面抗彎應(yīng)變測(cè)點(diǎn)以及應(yīng)力應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。通常條件下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)應(yīng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)主要針對(duì)內(nèi)力控制截面整體橫向應(yīng)力、豎向應(yīng)力分布狀況進(jìn)行檢測(cè)。各個(gè)截面中豎向測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)設(shè)置數(shù)量需要超出5個(gè)。通常橫橋向?qū)?yīng)測(cè)點(diǎn)設(shè)置數(shù)量需要超出3個(gè)，對(duì)其中的最高應(yīng)力分布狀況實(shí)施合理控制。

3 工程案例分析

此次工程屬于某高速公路橋梁工程，此次橋梁上部結(jié)構(gòu)屬于預(yù)應(yīng)力混凝土箱形組合梁，整體長(zhǎng)度距離是20m。系統(tǒng)檢測(cè)橋梁預(yù)制箱梁過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)某段預(yù)制箱梁內(nèi)部分混凝土試件強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)，針對(duì)該種狀況決定通過(guò)靜載試驗(yàn)檢測(cè)預(yù)制箱梁整體承載力，橋梁工程實(shí)際建設(shè)施工環(huán)節(jié)中，對(duì)應(yīng)預(yù)制箱梁初步結(jié)束架設(shè)施工，而橋面鋪裝以及橫向連接卻尚未正式施工，導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法順利進(jìn)入橋梁，針對(duì)該種狀況決定選擇有效靜載試驗(yàn)措施，可以于整個(gè)預(yù)制箱梁內(nèi)設(shè)置工字鋼平臺(tái)，同時(shí)利用增加沙包等措施做好加載工作，結(jié)合計(jì)算書(shū)初步確定的250KN試驗(yàn)荷載，可以將其分成五級(jí)分別加載。處于滿載條件下，梁跨內(nèi)對(duì)應(yīng)截面彎矩是1078.125KN.M，相關(guān)靜載試驗(yàn)效率可以確定為0.85。各級(jí)荷載施加對(duì)應(yīng)間歇時(shí)間控制在10～15min之間，滿載后對(duì)應(yīng)持荷時(shí)間在0.5～1h之間，卸載后持續(xù)觀測(cè)0.5～1h左右。于梁跨中斷面總計(jì)設(shè)置10個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，順著梁縱向單側(cè)設(shè)置5個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，并于支承兩墩臺(tái)內(nèi)分別設(shè)置一個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)基于最高試驗(yàn)荷載下，箱梁相關(guān)技術(shù)指標(biāo)滿足具體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，證明結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)符合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，靜載試驗(yàn)是對(duì)橋梁整體承載力進(jìn)行檢測(cè)的有效方法，在橋梁中加載等效荷載，能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)變形和應(yīng)變力進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，能夠科學(xué)判斷橋梁結(jié)構(gòu)性能。為此，橋梁工程中需要相關(guān)技術(shù)人員準(zhǔn)確把握靜載試驗(yàn)操作流程和操作方法，針對(duì)橋梁工程實(shí)施科學(xué)檢測(cè)，保障橋梁工程穩(wěn)定性和安全性。