橋梁檢測中的靜載試驗研究

吳建奇，鄭曉，張婷婷

(1.江西理工大學環境與建筑工程學院，江西贛州 341000;2.江西理工大學經濟管理學院，江西贛州 341000; 3.山東建筑大學土木工程學院，濟南 250101)

橋梁檢測中的靜載試驗研究

吳建奇1，鄭曉2，張婷婷3

(1.江西理工大學環境與建筑工程學院，江西贛州 341000;2.江西理工大學經濟管理學院，江西贛州 341000; 3.山東建筑大學土木工程學院，濟南 250101)

橋梁檢測是保證橋梁安全運營的重要手段。在所有橋梁檢測項目中，靜載試驗能夠了解橋梁實際工作狀態和承載能力，提供直接可靠的應力應變數據。本文結合西廠溝橋梁檢測的實際案例，著重分析靜載試驗的設計以及工況設置，為以后橋梁檢測中的靜載試驗提供一些參考。

橋梁檢測 靜載試驗 布置方案 工法設置

1 工程概況

橋梁的靜載試驗是將靜荷載作用在橋梁的指定位置，測定橋梁結構的應力、應變、撓度。它是了解橋梁實際工作狀態和承載能力的直接手段，能夠掌握一些理論上難以計算的部位的受力狀態，判別橋梁的安全承載能力，還能夠發現一般檢查和檢測中難以發現的隱蔽病害。通過靜載試驗可掌握被檢測橋跨結構在設計荷載作用下的實際工作性能，對橋梁結構做出總體評價，為橋梁的維護、改建、加固提供依據。

西場溝中橋位于內蒙古達拉特旗境內，為德薩線(德勝西—薩拉齊)上的一座主要橋梁。橋梁全長52 m，兩跨跨度均為20 m。上部結構為20 m預應力混凝土空心板，下部結構為二柱式墩，肋式臺，鉆孔灌注樁基礎。橋梁的設計標準是:①設計荷載:公路Ⅱ級汽車荷載;②橋面寬度:凈9 m+2×0.5 m;③設計洪水位100年一遇;④抗震設防烈度為8度;⑤地質情況:典型粉砂土地基。

2 靜載試驗

2.1 試驗內容及目的

作為橋梁結構整體檢測的一種，靜載試驗將靜止的荷載作用在橋梁的指定位置，對橋梁的靜力位移、靜力應變、裂縫等參數進行測試，從而對橋梁結構在荷載作用下的工作性能及使用能力作出評價。通過靜載試驗:①掌握大橋重要部位在設計荷載以及車載作用下的應變情況，實測控制截面的應變分布規律以及荷載作用下的橋梁變形情況，判斷橋梁的實際工作狀況是否符合設計要求或是否處于正常受力狀態;②通過實測數據與理論計算值的比較，檢測橋梁結構設計與施工質量，對橋梁的承載能力及工作狀況做出綜合評價;③為橋梁維護、加固和改造提供依據，指導橋梁的正確使用和養護、維修。

靜載試驗的主要檢測項目包括以下幾個方面:①結構控制截面的撓度或變位;②結構控制截面的最大應力(應變);③結構在偏載作用下的影響系數。

2.2 檢測方案

檢測方案主要包括檢測孔選擇、靜載布置方案、工況設置以及測點布置。檢測孔的選擇主要綜合考慮以下幾個條件:①該孔(或墩)計算受力最不利;②該孔(或墩)施工質量較差，缺陷較多或病害較嚴重;③該孔(或墩)便于搭設腳手架及設置測點或試驗時便于加載。經過綜合考慮，本工程選擇第二孔作為檢測孔。

2.2.1 靜載布置方案

首先根據加載原則、橋梁荷載控制斷面的彎矩影響線以及橋梁設計標準，確定靜載布置方案。靜載布置方案要做到全面、細致，能夠較好地反應橋梁的主要內力控制截面的受力情況以及實際交通狀況。加載原則是靜載布置方案的主要控制標準，《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》中對加載原則的規定是:靜力試驗荷載的效率系數應達到0.85～1.05，靜力試驗荷載的效率系數為試驗彎矩值與設計彎矩值之比值。

本文中橋梁檢測使用的靜載布置方案如圖1所示。靜載布置方案首先要能全面反應橋梁在各種靜載情況下的受力情況，圖1(a)，圖1(b)，圖1(c)，圖1 (d)分別反映了橋梁在正載、偏載、左側行車、右側行車時的受力情況;其次要能夠反應橋梁主要應力集中部位的受力情況，如圖1(e)，圖1(f)即反映了橋梁蓋梁頂部(應力主要集中處)的受力情況;再次，靜載布置方案中的荷載必須達到加載原則的標準。

圖1 靜載布置方案(荷載單位:kN)

2.2.2 工況設置

根據靜載布置方案，設定各種可能工況并進行檢測試驗。

1)工況一采用2臺300 kN試驗加載車進行加載，加載階段根據工況不同分別分為二級加載，并逐級卸載回零。該工況為兩個加載車作用在橋孔的兩個車道中部，橋梁中心線(即兩車道之間)沒有荷載，屬正載。各級加載車位詳見圖2。

2)工況二采用2臺300 kN試驗加載車加載，該工況為一個荷載車作用在車道中部，一個荷載車作用在橋梁中心線，屬偏載。加載車位見圖3。

3)工況三采用2臺300 kN和2臺200 kN試驗加載車加載，兩個300 kN荷載車作用于兩個車道中部，兩個200 kN荷載分別作用于橋梁該孔的2號臺和0號臺處，這種工況模擬有行車且荷載均勻的情況，屬正載加左右行車。加載車位見圖4。

圖2 工況一加載布置

圖3 工況二加載布置

圖4 工況三加載布置

4)工況四采用2臺300 kN和2臺200 kN試驗加載車加載，兩個300 kN荷載一個作用于車道中部，一個作用于橋梁中心線;兩個200 kN荷載分別作用于橋梁該孔的2號臺和0號臺處，這種工況模擬有行車、且荷載不均勻的情況，屬偏載加左右行車。加載車位見圖5。

圖5 工況四加載布置

2.3 靜載評定依據及評定結果

2.3.1 評定依據

1)校驗系數是評定結構工作狀況、評定橋梁承載能力的重要指標，校驗系數η等于實測值與理論值的比值。一般要求結構校驗系數η≤1，η值越小結構安全儲備越大。η值過大過小都應該從多方面分析原因。η過大表明結構材料強度較低，結構各部分連接性差，結構剛度較低等;η過小表明結構材料實際強度及彈性模量較高，橋面與主梁共同受力，支座摩阻力對結構受力影響有利，結構計算偏于安全等。

2)相對殘余變位(或應變)越小說明結構越接近彈性工作狀況，一般要求相對殘余應變(位移)≤20%。當該值>20%時，應查明原因，并在結構評定時酌情降低橋梁的承載能力。

2.3.2 試驗結果的分析

主要從以下三個方面進行分析:①實測應變與理論計算值進行比較;②分析實測撓度最大值是否超出分析值范圍，通過計算分析應變、撓度校驗系數是否滿足要求;③分析撓度殘余值是否滿足要求，從而判別結構恢復彈性變形的能力。

3 結論

橋梁檢測是一項復雜而細致的工作，要求檢測方案要盡量模擬真實荷載情況，檢測人員具有豐富的檢測技術和經驗。近年來我國在橋梁檢測、評估方面逐漸積累豐富資料和經驗，橋梁工程的重點已逐步向橋梁的檢測維修與加固方面發展。

本文結合工程實際，討論了橋梁檢測靜載試驗中的荷載布置原則和工況設計，并且給出了一些有意義的檢測準則和參數，希望能夠為以后的橋梁檢測工作提供一些借鑒。

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U446

B

1003-1995(2011)02-0042-03

2010-08-30;

2010-11-05

江西省教育廳科技項目(GJJ10485;GJJ09252)

吳建奇(1980—)，男，江西萍鄉人，講師，碩士。

(責任審編 趙其文)