橋梁檢測中的靜載試驗研究

張金鳳 同濟檢測（濟寧）有限公司

李 穎 山東東匯工程檢測鑒定有限公司

1 前言

公路橋梁的建設不僅能夠為人們的日常出行提供便利，還能夠促進區(qū)域經濟的良性發(fā)展，因此，必須加大對公路橋梁的關注度。隨著經濟水平的不斷提高，人們對于公路橋梁建設質量也提出了更高的要求，為了能夠確保工程項目建設的總體水平，必須對公路橋梁展開嚴格的試驗檢測，以此保證工程項目建設質量，促進我國經濟水平的穩(wěn)步增長。

2 公路橋梁靜載試驗作用

我國目前已經建造了具有國際水平的橋梁，同時也不斷涌現(xiàn)出較多的新型橋梁，橋梁荷載試驗主要有以下兩個目的。

2.1 鑒定新建橋梁

將新建橋梁質量評定工作落實到位，需要應用有效的試驗方法，對橋梁關鍵質量指標進行測試，之后通過得到的有關資料，客觀評定新建橋梁的質量。通過試驗檢測獲得的各項評定數據和結論，能夠保證工程項目建設的總體質量，促進交通工程建設的順利進行。

針對新建橋梁進行嚴格的評定，也能為后續(xù)的運營和維護提供可靠的數據支持，延長公路橋梁使用壽命。隨著科學技術的不斷增長，越來越多的新型技術手段應用到工程項目中，也在一定程度上促進了公路橋梁檢測工作的順利發(fā)展，同時，也能夠更好地滿足新時代對于公路橋梁建設的具體要求。

2.2 鑒定既有橋梁承載力

以往建成的橋梁由于技術不如當前，其設計的荷載難以適應當前交通發(fā)展的要求。需要根據目前交通需求，通過試驗的形式了解橋梁實際承載力，且之后進行加固改建。因此，檢測意義非常重要。

針對公路橋梁開展試驗檢測時，通過靜載試驗能夠更加清晰地了解該工程項目具體的承載能力，防止由于長時間受力過大而引發(fā)質量問題，威脅到人們的正常出行。對于重要的橋梁而言，不但要對其進行日常維護保養(yǎng)工作，每間隔幾年還要做全面測試鑒定。

車輛在行駛過程中會加大對路面的荷載，致使橋面出現(xiàn)斷裂坍塌的危險。橋梁在運行時，不可避免地會遭遇大雪以及雷電天氣，自然災害、人為破壞以及沖擊荷載等，會在不同程度破壞橋梁的結構。這就需要對受損橋梁進行鑒定，了解橋梁的實際受損程度，進而針對性地采取有效養(yǎng)護或是維修手段。

根據試驗檢測結果，判斷公路橋梁的承載力，從而對路面加以改造，經過試驗檢測獲得的數據，能夠為工程建設提供可靠數據支持，還能夠為后續(xù)的維護提供依據。所以，針對公路橋梁展開試驗檢測具有非常重要的意義。

3 靜載試驗檢測方法

利用靜載試驗能夠得到橋梁的具體數據，通過這些數值，對當前橋梁抗裂性能、結構強度值以及剛度指標進行判斷，進而能夠反映橋梁具體承載能力。開展試驗檢測主要有以下幾項工作。

3.1 試驗準備

第一，認真檢查靜載試驗過程中使用的各種儀器設備，確保設備處于正常的運行狀態(tài)，保證各項設備都能夠準備齊全。在試驗過程中使用到的設備，主要包括應變測試儀器、鋼筋掃描儀、形變測試儀、回彈儀、鋼尺、鋼卷尺、電錘等，這些都是試驗中必須用到的儀器設備。

第二，全面檢查靜載試驗中使用到的各種圖紙，主要包含設計圖紙、施工圖紙以及后續(xù)的變更圖紙等。針對公路橋梁進行靜載試驗，需根據圖紙內容確定應變片的實際位置，然后認真勘察靜載試驗現(xiàn)場，進一步明確公路橋梁的具體組織結構。只有這樣，才能夠保證靜載試驗過程中各項數據都具備事實依據，保證相關數據的真實性和準確性。

第三，在正式開始試驗之前，還要做好工作人員的調配工作，確保每一個崗位都有專門負責人，保證靜載試驗的順利進行。

3.2 制定靜力加載方案

靜載試驗過程中，確定加載方案也具有十分重要的意義。主要包含加載荷載量、持續(xù)時間、加載設備、卸載程序等，加載設備主要包括重物和加載車輛，一般重物有預制混凝土件、沙袋、水箱等。一般來說，主要應用于樁基承載力的試驗檢測中，能夠更好地滿足不同試驗的具體要求。

車輛裝載試驗主要將其用于成橋靜載試驗中，保證軸距和荷載誤差控制在5%以下。試驗檢測過程中，需要根據荷載總量使用分級加載的方式，確定好加載時間、加載量以及具體的卸載程序，保證應變曲線的連續(xù)性。通常，分級加載應不小于4級。

在卸載過程中，還應該對整個環(huán)節(jié)加大監(jiān)管力度，及時發(fā)現(xiàn)試驗檢測中存在的問題，防止影響到最終的結果。為了能夠盡量降低溫度對靜載試驗產生的影響，會選擇22點～6點進行試驗，這樣能夠將影響降至最低。

3.3 控制荷載

公路橋梁實際運行過程中，所承受的日常荷載主要包括人群汽車以及貨運汽車等。確定這些荷載時，可以通過不同種類的荷載計算，確定公路橋梁的控制截面產生的荷載，從而計算出最不利內力，這就是針對工程項目進行靜載試驗時需要控制的荷載強度。確定荷載大小以及具體的加載位置時，要認真考慮靜載試驗可能產生的效率，大部分值都應該保證在0.8～1.05之間。

此外，試驗過程中，季節(jié)因素也會對試驗結果產生一定影響。由于季節(jié)的變化開展靜載試驗時，所得的數據通常會存在一定的誤差，季節(jié)、溫度等變化也會影響到試驗結果，導致最終的數據不夠準確。所以，針對公路橋梁進行靜載試驗時，應盡量選擇溫度和季節(jié)都相對比較穩(wěn)定的時候進行檢測。

3.4 控制加載時間

橋梁靜載試驗的過程中，需要嚴格把控加載時間，橋梁中荷載的施壓時間不超過5min，在加載時，要了解橋梁表面、試驗指標數據的變化等。

3.5 監(jiān)控加載過程

進行靜載試驗時，要嚴格監(jiān)控整個試驗過程，薄弱位置及結構控制點是監(jiān)控的重點內容，將檢測獲取的結果盡快傳遞給現(xiàn)場指揮人員，將其當作控制加載的數據資料。另外，還要把計算結果和監(jiān)控結果進行對比，查看檢測值并了解其變化情況，若有嚴重的問題，需要即刻暫停加載。完成靜載試驗后，需要從下面三點上對試驗獲取的結果展開分析。其一，對比分析理論值和實測應變，查看兩者間的差別，若是差別很大，需要找出差別的原因。其二，對實測最大撓度值是否高于分析確定的區(qū)間展開分析，且將撓度校驗系數、應變系數等是否符合有關要求進行分析計算。其三，分析撓度殘余值與設計要求相符與否，進而判斷其恢復彈性變形能力。

3.6 試驗結果

結合工程項目建設的具體要求，完成靜載試驗以后，應分析試驗所獲得的相關數據。針對試驗結果展開分析時，可以使用數據分析和對比試驗過程的實際狀況，判斷公路橋梁結構能否滿足安全通車的具體要求。一般在靜載試驗時，對于箱梁結構進行檢測，主要以控制檢測系數為主。在實際操作過程中，必須嚴格按照工程項目建設的具體要求以及相關標準，確定檢測指標。

4 橋梁靜載試驗注意事項

由于項目系統(tǒng)自身具有特殊性，在應用時期要重視注意事項，從當前靜載試驗管理方面著手，將系統(tǒng)設計和評估工作落實到位。由于影響因素較多，需要根據流程來檢驗與檢查。下面分析有關橋梁靜載試驗的注意事項。

4.1 提前設定靜載試驗指標

在試驗過程中若采用載重汽車加載設定，在設計橋梁加荷載時，需分析工況，卸載之后，防止同時啟動多輛加載車。另外，還需要對其管理統(tǒng)一，編號與標定所有車輛，在條件允許的情況下，稱重加載車輛。設定系統(tǒng)指標的過程中，需要分析靜載測量指標，結合設定值和誤差值要求，控制觀測點，由于位移測量系數改變，要控制測量誤差在5%左右，根據觀測站和觀測點位置，將導線準備好，并控制其長度，若導線被損壞，須及時更換，防止影響系統(tǒng)設定。

4.2 選定系統(tǒng)

分析試驗檢測的具體要求，重點在于系統(tǒng)檢測。要使儀器完整性得以保證，必須登記標號，若在條件允許的情況下，需將車輛的軸重以及總重計算出來。若是沒有條件，可通過壓力傳感器進行測量，調整軸重之后，根據分級加載工況要求做標記。鑒定新建橋梁質量，能夠便于橋梁后續(xù)管理與使用。

5 案例分析

5.1 項目概況

簡支橋梁的梁片基本為按批次生產的預制構件，施工過程中常會遇到梁片預拱度不足、強度不足、構件存放過久等問題，因此對梁片的質量存在疑問。梁片的靜載試驗可以直觀地反映梁片實際承載能力是否滿足設計要求。避免了橋梁架設、鋪裝完成后再實施成橋荷載試驗，而試驗結果不滿足要求的窘境。

但因施工現(xiàn)場的加載條件差異，梁片加載存在諸多不便利。在此就某工程項目2#橋的空心板靜載試驗實例，探討以汽車荷載加載梁片靜載試驗的方法。

2#橋橋梁上部結構仍采用5m×20m預應力混凝土簡支空心板，空心板橋的橫斷面布置7片，其中2片邊梁，梁高95cm，梁寬150cm；5片中梁，梁高95cm，梁寬124cm。梁板已經施工完成，因客觀因素，梁板架設完成后未能及時進行下一步施工。業(yè)主對該橋梁板質量存疑，所以需要對該橋梁片進行外觀、預拱度及靜載試驗檢測。

5.2 靜載檢測加載方案

梁體外觀完好，未見明顯病害；梁體設計預拱度8mm，各梁實測預拱度在2mm～12mm之間，選取預拱度最小的梁體5-3#梁（中梁）進行靜載試驗。

（1）控制荷載計算。經過對8.5m 橋寬梁片布置的荷載橫向分布分析，計算得到邊梁和中梁在恒載（二期）和活載（車道荷載）作用下的內力，確認20m簡支空心板在橫斷面布置為10.0m 寬（0.5m 防撞墻+9.0m 車行道+0.5m 防撞墻）時，中梁跨中組合彎矩值最大，控制彎矩為1076.5kN·m。

（2）測點布置。根據簡支梁橋受力特點并參照公路橋梁荷載試驗規(guī)程，選取主梁的L/2截面作為應變測試截面；選取測試梁片的L/4截面、L/2截面、3L/4截面作為撓度測試截面，并在支點位置設置支點沉降測點。

（3）等效荷載加載方案。經過計算確定，荷載布置按照三軸汽車軸距單邊輪布置于試驗梁上，采用總重約560kN 的三軸加載試驗車，前軸重約112kN，中軸、后軸重均約為448kN；試驗時僅總重的一半荷載加載在試驗梁上，試驗荷載總重為280kN，其中前軸重56kN，后軸重112kN。

5.3 試驗結果

試驗梁體5-3#，在設計荷載等效加載作用下，底板應變效驗系數介于0.68～0.69 之間，撓度效驗系數為0.65，實測的相對殘余應變（撓度）均小于20%，滿足規(guī)范限值要求。試驗前后對試驗截面附近外觀進行觀測，梁底無既有及新增裂縫。

5.4 加載方案分析

（1）方案優(yōu)點：單片梁靜載試驗一般采用加載物堆載或吊裝重物反力加載，此種加載方式加載準備工作量大，加卸載周期較長，重物堆放穩(wěn)定性及安全性也難以保證，加載成本較高。汽車加載方式在滿足試驗效率的情況下，能有效彌補重物加載或吊裝反力加載的缺陷，是一種便利、快捷的加載靜載試驗加載方式。

（2）方案缺點：①單梁靜載試驗時，因橋面鋪裝未施工，加載車輛單軸重量需單獨驗算梁頂板局部的承載能力，在滿足局部受荷要求后方可使用。②此種加載方案有一定局限性，因車輛橫向輪距固定，在橫向聯(lián)系為濕接縫連接的T梁或小箱梁時，車輛橫向雙輪不一定能恰好作用在梁體中軸線上，加之翼板截面較薄弱，故不建議使用此種加載方案。

（3）加載注意事項：①由于車輛軸距尺寸的變異性，加載方案制定應按加載車輛實測的軸距和軸重進行，加載過程中根據加載等級控制好輪位。②因車輛荷載軸重存在一定的偏差，需較平整的過磅場地，汽車需分別對前軸單輪、后（雙軸）單輪過磅。③加載車輛上橋時，橋面鋪裝及伸縮縫未施工，需對橋面伸縮縫及梁端接縫部位進行鋪墊，保持橋面基本平整，橋面行車應緩慢行駛，剎車時應增大剎車距離。減小車輛荷載對梁體的豎向、縱向沖擊作用。

5.5 討論

以上結合空心板靜載試驗，詳細分析了預制梁板加載方案的選擇。通過上述對比分析可知，汽車加載方案較重物堆載或吊裝反力加載的安全性、經濟性及較高的加載效率。

單梁靜載試驗汽車加載方案還是有較多前提條件的，需考慮局部應力超限問題、荷載布置輪距問題、加載車輛在無鋪裝橋梁上的行車安全等。目前，汽車加載單梁的靜載試驗并無相關明確規(guī)定，望各位同業(yè)人員采用汽車荷載加載單梁靜載試驗時適時采用。

6 結束語

針對公路橋梁進行試驗檢測時，靜載試驗是最常用的檢測方式之一，能夠對工程項目的承載力和結構性能進行準確的判斷，從而確定橋梁的健康狀況，為后續(xù)的運行維護提供可靠支持。