靜載實驗在橋梁檢測中的應用研究

陸 蓉

(武漢輕工大學土木工程與建筑學院，湖北武漢 430023)

1 靜載實驗

目前評定橋梁承載力最直接、最常用的方法是進行靜載試驗［1］。橋梁靜載試驗一般采用汽車荷載在指定位置對橋梁進行加載，測試其在試驗荷載作用下的應變(應力)、撓度等，并對橋梁狀況進行檢查，從而了解橋梁結構在靜載試驗荷載作用下的工作狀態和受力性能，判斷橋梁結構實際承載能力，評價其在設計使用荷載下的工作性能。一般來說，實驗的內容包括以下幾個方面:

1)測量結構控制截面在試驗荷載作用下的豎向位移(撓度)，對梁體的剛度進行校核;

2)測量結構控制截面在試驗荷載作用下的正應力、剪應力(應變)，對梁體強度進行校核;

3)測量結構控制截面在試驗荷載作用下的橫向分布系數［2］，對各梁間的橫向連接情況進行校核;

4)測量卸載后結構的殘余應變及變形;

5)觀測橋梁結構在加載過程中是否有裂縫產生。

其中，其靜載試驗效率按式(1)計算:

其中，ηq為靜載試驗效率，靜載試驗效率在0.85～1.0之間;Sstat為靜載試驗荷載作用下，某工況控制截面內力計算值;S為不計沖擊系數的控制荷載作用下，某工況控制截面最不利內力計算值;(1+μ)為設計計算取用的沖擊系數。

在試驗的過程中，為保證試驗安全，試驗要預設試驗終止條件，一般情況下出現以下情況立刻終止試驗:

1)各級荷載作用下，實測值大于理論計算值(加載前進行合理分級，并計算每級荷載作用下的撓度值與應變值)。

2)梁底出現受力裂縫。

3)各級荷載作用下，實測撓度出現非線性增加。

4)加載達到預設最大荷載。

2 實驗案例

2.1 工程概況

武漢市外環高速公路與京珠高速公路交叉的東西湖互通E匝道橋，橋梁全長1 420.00 m。本次試驗對象為該橋主橋30 m+50 m+30 m連續鋼箱梁，主梁橫斷面為單箱單室結構，“T”形截面，中部梁高1 850 mm，下部寬6 000 mm。頂板及底板均設有槽形加勁肋，箱梁兩側設板式加勁肋。橫隔板間距約1 m～3 m。本次試驗對選取的試驗跨第48跨(邊跨)和第49跨(中跨)進行了橋梁荷載試驗，以檢驗橋梁結構實際承載能力［3］和工作性能是否滿足設計及使用要求。

2.2實驗過程

2.2.1 測點布置

本次靜載試驗共布置4個測試截面，各測試截面布置見圖1，梁體各測試截面應變測點布置圖見圖2。撓度采用精密水準儀、電子百分表等儀器觀測，以互相校核，布置圖見圖3。由于圖幅關系，其中C，D截面省略。

圖1 東西湖樞紐互通E匝道橋靜載試驗截面布置圖（單位：cm）

圖2 東西湖樞紐互通E匝道橋梁體各測試截面應變測點布置圖（單位：cm）

圖3 東西湖樞紐互通E匝道橋梁體各測試截面撓度測點布置圖

2.2.2 加載工況

本次靜載試驗共設置七個測試工況，本文取其中四個，詳見表1。

表1 靜載試驗加載工況一覽表

各工況加載輪位布置如圖4～圖7所示。

工況一:A—A截面最大正彎矩中載效應。

工況二:A—A截面最大正彎矩偏載效應。

工況三:B—B截面最大負彎矩中載效應。

工況四:B—B截面最大剪力中載效應。

以上測試內容為A—A截面及B—B截面各測點的應變或撓度，同時觀測關鍵受力截面是否有裂縫出現。其荷載效率系數分別為 91.4%，91.4%，92.4%，97.3%。

2.2.3 應力應變測試結果及分析

圖4 工況一輪位布置示意圖（單位：cm）

圖5 工況二輪位布置示意圖（單位：cm）

圖6 工況三輪位布置示意圖（單位：cm）

圖7 工況四輪位布置示意圖（單位：cm）

對于A—A截面來說，工況一與工況二就是中載效應和偏載效應的不同。在中載作用下A—A截面主梁梁底實測最大拉應變為123 με，其結構校驗系數為0.90。在偏心荷載作用下A—A截面主梁梁底實測最大拉應變為147 με，其應變校驗系數為0.95。而兩者各測點的實測應變值均小于計算值，工況一應變校驗系數在0.82～0.95之間，表明試驗跨梁體抗彎強度滿足設計要求。工況二應變校驗系數在0.93～0.99之間，應變校驗系數及相對殘余應變滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的要求，表明試驗跨梁體在加載過程中處于彈性工作狀態，梁體抗彎強度滿足要求。值得說明的是工況一殘余應變值整體漂移，說明外界環境對試驗數據有影響。在對稱荷載工況三作用下B—B截面主梁翼板實測最大拉應變為15 με，其應變校驗系數［5］為0.42，主梁梁底實測最大壓應變為－107 με，其應變校驗系數為0.95。各測點的實測應變值均小于計算值，主要測點應變校驗系數在0.62～0.95之間，表明試驗跨梁體抗彎強度滿足設計要求。在對稱荷載工況四作用下，主梁腹板實測最大剪應力為13.68 MPa，其應力校驗系數為0.86。應力校驗系數在合理取值范圍內，表明試驗跨箱梁抗剪強度滿足設計要求。

2.2.4 撓度測試結果及分析

在工況一及工況二荷載作用下，試驗跨梁體最大撓度實測值分別見表2，表3。在對稱荷載作用下，A—A截面實測最大撓度值為19.10 mm，對應撓度校驗系數為0.84，而在偏心荷載作用下，最大撓度值為25.09 mm，對應撓度校驗系數［6］為0.98。在檢測過程中，各測點的實測撓度值均小于計算值，撓度校驗系數在合理取值范圍之內，且相對殘余變形很小，表明試驗梁體結構處于較好的彈性工作狀態，剛度滿足設計要求。

表2 工況一荷載作用下梁體各測點撓度實測值

表3 工況二荷載作用下梁體各測點撓度實測值

3 結語

從以上靜載試驗結果可知，武漢市外環高速公路與京珠高速公路交叉的東西湖互通E匝道橋各試驗跨橋梁結構實際承載能力滿足設計及使用要求。靜載實驗通過校驗系數來反映橋梁的承載能力，通過試驗數據的實測值、推算值、理論值的比較，可正確評定橋梁的工作狀態和承載能力。此外，靜載試驗法僅在現場量測梁的應力應變和撓度，極大地簡化了試驗內容與測試程序，降低了試驗環境和測試系統所引起的誤差，從而提高了檢測的準確性與檢測效率，對橋梁的技術鑒定具有很大的現實意義。

［1］申明文，周海俊.橋梁靜動載試驗檢測方法［J］.城市道路與防洪，2007(7):158-160.

［2］陳孝珍，朱宏平，陳傳堯.基于靜載試驗的橋梁安全性評價［J］.華中科技大學學報(城市科學版)，2005(3):37-39.

［3］曹均旺，杜耀輝，胡 健.預應力混凝土連續箱梁裂縫分析及對策［J］.科技資訊導報，2007(30):94.

［4］崔晉陽.談橋梁結構檢查和檢測［J］.山西建筑，2012，38(9):211-212.

［5］李書華，張福祥，陳 磊.靜載試驗在既有橋梁鑒定中的應用［J］.華北地震科學，2008，26(3):53-56.

［6］程來秀，彭 囡.基于靜載試驗的橋梁結構檢測評價［J］.工程建筑，2008(8):32-34.