高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究

付彩霞

摘要：為保證橋梁工程運(yùn)行質(zhì)量，滿足車(chē)輛通行需求，必須詳細(xì)檢測(cè)與判定橋梁運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，真正掌握橋梁實(shí)際荷載能力，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。靜載試驗(yàn)是評(píng)估橋梁質(zhì)量最有效、最方便的一種檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)靜載試驗(yàn)，可以更直觀地測(cè)量橋梁各部件的受力情況，對(duì)橋梁存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行定量和定性分析。

關(guān)鍵詞：高速公路;靜載試驗(yàn);工程概況

一、工程概況

某高速公路橋梁工程全長(zhǎng)803m，橋跨組合：（1）南引橋：（3x25）+（4x25）+（3x25+18）=268m;（2）主橋：73+130+73=276m;（3）北引橋：（27+30+27）+（4x25）+（3x25）=259m。其中主橋長(zhǎng)276m，為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)體系，墩頂設(shè)盆式支座，屬于全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件。20.5m為主橋?qū)挾?，兩?cè)為2.25x2m的人行道和欄桿，中間為行車(chē)道，為16m。本橋梁屬于雙向四車(chē)道，采用 C55混凝工作為主橋箱梁梁體結(jié)構(gòu)。

本橋梁建成通車(chē)時(shí)間約6年，按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，應(yīng)全面檢查橋梁的健康狀態(tài)、承載能力，為橋梁后期管理和養(yǎng)護(hù)提供可靠保障。此次橋梁檢測(cè)采用靜力荷載試驗(yàn)方法，在一定荷載作用下，了解本橋梁重要位置的應(yīng)變、變形情況，測(cè)定控制截面的應(yīng)力分布規(guī)律，從而獲取橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力。

二、靜載試驗(yàn)分析

（一）檢測(cè)設(shè)備準(zhǔn)備

按照橋梁檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，需提前配備檢測(cè)儀器設(shè)備，如精密水準(zhǔn)儀、應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、回彈儀、應(yīng)變片、振弦應(yīng)變計(jì)等。按照國(guó)家規(guī)定，檢定所有設(shè)備的精度保證滿足規(guī)范要求。

（二）靜載試驗(yàn)

（1）活載內(nèi)力計(jì)算

本工程主橋?yàn)槿缛A(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，276m長(zhǎng)，采用C55混凝工作為主橋箱梁梁體結(jié)構(gòu)材料。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本橋采用GKPZ（Ⅱ）抗震型盆式橡膠支座作為主橋支座，測(cè)試的主要項(xiàng)目包括三部分，即連續(xù)箱形梁橋跨結(jié)構(gòu)的邊跨、中跨跨中最大正彎矩、支點(diǎn)最大負(fù)彎矩。

（2）加載程序

為避免結(jié)構(gòu)意外損傷，獲取橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載和變位、應(yīng)力關(guān)系的連續(xù)性，需按照逐級(jí)加載的方式進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)，待加載至最大荷載后，在卸載到“0”。在確定加載位置和加載工況時(shí)，在滿足試驗(yàn)荷載效率的前提下，要盡量減少加載車(chē)輛數(shù)量，并對(duì)加載工況進(jìn)一步簡(jiǎn)化，減短試驗(yàn)時(shí)間。

（3）靜載試驗(yàn)加載概況

本工程試驗(yàn)荷載以重載車(chē)為準(zhǔn)，采用三級(jí)加載和1級(jí)卸載的方式用于跨中正彎矩工況，采用四級(jí)加載和1級(jí)卸載用于墩頂負(fù)彎矩工況。試驗(yàn)加載程序如下：

第一，待加載車(chē)輛過(guò)磅稱(chēng)重之后，便可在橋外停放，需在2%以?xún)?nèi)控制稱(chēng)重結(jié)果和計(jì)算試驗(yàn)荷載值之間的偏差。

第二，加載前，待準(zhǔn)備工作完成后，便可調(diào)節(jié)所有測(cè)量?jī)x表讀數(shù)，為“0”，并做第一次空載讀數(shù)。

第三，分階段、分級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)加載。

第四，待各級(jí)汽車(chē)荷載駛?cè)胫付▍^(qū)域就位之后，穩(wěn)定15min，需對(duì)第一次加載后的讀數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，10min后，再次進(jìn)行第二次加載讀數(shù)記錄，相比所讀數(shù)值，保證兩次讀數(shù)差小于其5%，以此確保結(jié)構(gòu)變化穩(wěn)定。

第五，若出現(xiàn)下面任何一種情況，均需停止加載。如下：①相比計(jì)算值，控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力或內(nèi)力值大于該值時(shí)，需終止加載;②控制測(cè)點(diǎn)變位，相比設(shè)計(jì)允許值，豎向撓度等大于該值，需終止加載;③若結(jié)構(gòu)構(gòu)件已發(fā)生局部損壞或受力損傷，將對(duì)橋梁承載力等造成不利影響，因此，需終止加載。

（4）加載具體位置

第一，對(duì)中跨跨中（A-A截面）?？缰性囼?yàn)截面正彎矩最大處為A-A截面。分別進(jìn)行三級(jí)加載和1級(jí)卸載。加載時(shí)，第一級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)4輛40t加載重車(chē);第二級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)8輛40t加載重車(chē);第三級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)10輛40t加載重車(chē)。卸載時(shí)，從試驗(yàn)橋跨撤離所有加載車(chē)輛。

第二，對(duì)支座（B-B截面）?？缰性囼?yàn)截面負(fù)彎矩最大處為B-B截面。分別進(jìn)行四級(jí)加載和1級(jí)卸載。加載時(shí)，第一級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)4輛40t加載重車(chē);第二級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)8輛40t加載重車(chē);第三級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)10輛40t加載重車(chē)。第四級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)14輛40t加載重車(chē)。卸載時(shí)，從試驗(yàn)橋跨撤離所有加載車(chē)輛。

第三，邊跨控制截面（C-C截面）。邊跨控制試驗(yàn)截面正彎矩最大處為C-C截面，分別進(jìn)行三級(jí)加載和1級(jí)卸載。加載時(shí)，第一級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)4輛40t加載重車(chē);第二級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)6輛40t加載重車(chē);第三級(jí)沿試驗(yàn)跨橋面布設(shè)8輛40t加載重車(chē)。卸載時(shí)，從試驗(yàn)橋跨撤離所有加載車(chē)輛。

（5）試驗(yàn)荷載及加載效率

按照相關(guān)規(guī)范要求，根據(jù)荷載效率，進(jìn)行橋梁靜力試驗(yàn)的最大荷載計(jì)算，公式如下：

η=St/Sd（1+μ）

其中，靜力荷載效率可由η表示;

試驗(yàn)荷載作用下，檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值可由St表示;

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值可由Sd表示;

設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)可由1+μ表示。

根據(jù)要求，0.95～1.05之間為η值范圍，結(jié)合Midas/Civil橋梁分析軟件，按照上述加載、卸載方式，可獲取表1的各控制截面荷載效應(yīng)（彎矩）情況。

由表1可見(jiàn)，荷載效率η范圍為0.97～1.05，可滿足0.95～1.05的規(guī)范值要求。

（三）測(cè)點(diǎn)布置

第一，撓度測(cè)點(diǎn)布設(shè)。沿縱向?qū)隙葴y(cè)點(diǎn)分布橋梁測(cè)試跨橋面的跨中、支點(diǎn)和L/4部位。在橋面鋪裝層上利用螺釘固定測(cè)點(diǎn)，采用二等水準(zhǔn)儀測(cè)量主梁結(jié)構(gòu)豎向變形，0.1mm為水準(zhǔn)測(cè)量精度。本工程以N3型精密水準(zhǔn)儀為準(zhǔn)，在測(cè)試橋跨外設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)。

第二，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布設(shè)。采取外貼應(yīng)變片等測(cè)量截面應(yīng)力（應(yīng)變），此次主要采用應(yīng)變采集模塊+DH3819采集系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，并輔助DT85G與弦式應(yīng)變計(jì)。本工程共設(shè)33個(gè)應(yīng)變測(cè)量傳感器。

三、測(cè)試結(jié)果及分析

（一）八八截面

第一，撓度測(cè)試結(jié)果分析。試驗(yàn)荷載下通過(guò)對(duì)比各撓度的理論撓度值和實(shí)測(cè)撓度值，可得0.75～1.02為各中跨測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)彈性撓度值和理論計(jì)算撓度值之間的比值，即校驗(yàn)系數(shù)，該比值可滿足規(guī)范要求。由此說(shuō)明，本橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的荷載一變形性能，橋梁結(jié)構(gòu)靜力剛度符合規(guī)范規(guī)定。

第二，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析。各級(jí)試驗(yàn)荷載工況作用下，可獲取0.80～0.95為各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變值和對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算值的比值，即校驗(yàn)系數(shù)，可滿足規(guī)范要求。說(shuō)明相比理論狀況，本橋梁的實(shí)際狀況較好。

（二）B-B截面

第一，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析。各級(jí)試驗(yàn)荷載工況作用下，可獲取0.76～0.88為各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)變值和對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算值的比值，即校驗(yàn)系數(shù)，可滿足規(guī)范要求。說(shuō)明相比理論狀況，本橋梁的實(shí)際狀況較好。

第二，殘余變形。試驗(yàn)結(jié)束前觀測(cè)了橋跨的殘余變形情況，發(fā)現(xiàn)-24με為最大應(yīng)變值，-2με為相應(yīng)的殘余應(yīng)變值。0.08為殘余應(yīng)變和最大應(yīng)變的比值，相比試驗(yàn)規(guī)范的0.20，殘余變形值可滿足規(guī)范要求。由此說(shuō)明，當(dāng)橋梁卸載之后，結(jié)構(gòu)位移可以很快恢復(fù)，相比其他受彎構(gòu)件，橋跨結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)速度正常，橋跨結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)性能良好，符合相關(guān)規(guī)定。

（三）C-C截面

第一，撓度測(cè)試結(jié)果分析。試驗(yàn)荷載載位作用下，0.81～0.96為各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)彈性撓度值和理論計(jì)算撓度值的比值，即校驗(yàn)系數(shù)，可滿足相關(guān)規(guī)定。說(shuō)明本橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的荷載變形性能，其靜力剛度可達(dá)到規(guī)定要求。

第二，應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析。各級(jí)試驗(yàn)荷載工況作用下，0.85～0.99為各應(yīng)變測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)變值和對(duì)應(yīng)的理論計(jì)算值的比值，可滿足要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)橋梁事業(yè)也取得了顯著的成績(jī)。大量新材料、新工藝、新設(shè)備廣泛用于橋梁建設(shè)。在推進(jìn)橋梁工程建設(shè)行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)了很多新的問(wèn)題，尤其是橋梁結(jié)構(gòu)理論、設(shè)計(jì)、施工等方面。而橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為判斷橋梁結(jié)構(gòu)承載力、使用性能等提供了可靠的依據(jù)。因此，必須重視靜載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用效果，提高檢測(cè)技術(shù)水平，推進(jìn)我國(guó)橋梁事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李波.高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究[J].百科論壇電子雜志，2018（14）：175.