靜載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的作用分析

羅云燦

摘要 準(zhǔn)確評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能夠?yàn)楹罄m(xù)公路橋梁的改建、養(yǎng)護(hù)工作提供依據(jù)。靜載試驗(yàn)是檢測(cè)公路橋梁穩(wěn)定性的重要方法，通過理論計(jì)算值可以對(duì)公路橋梁的使用性能和實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的評(píng)估。文章針對(duì)靜載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的作用進(jìn)行研究。從橋梁靜載試驗(yàn)的基本原理、靜力載荷試驗(yàn)理論及方法等方面進(jìn)行分析后，提出靜載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的作用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 公路橋梁;橋梁結(jié)構(gòu);靜載試驗(yàn);結(jié)構(gòu)評(píng)估

中圖分類號(hào) U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0074-03

0 引言

公路橋梁在投入使用的過程中，會(huì)受到各種自然災(zāi)害的損傷，比如地震和水災(zāi)都會(huì)造成公路橋梁的荷載不當(dāng)而出現(xiàn)嚴(yán)重超載現(xiàn)象，從而引發(fā)嚴(yán)重的交通安全事故。因此，該文從公路橋梁靜載試驗(yàn)的基本原理進(jìn)行分析，并針對(duì)靜力載荷試驗(yàn)理論及方法進(jìn)行以下探討。

1 公路橋梁靜載試驗(yàn)流程及內(nèi)容

1.1 工作流程分析

公路橋梁靜載試驗(yàn)包含以下工作內(nèi)容：

（1）前期調(diào)查，主要針對(duì)公路橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的調(diào)查分析。

（2）通過前期調(diào)查內(nèi)容及分析結(jié)果制定相應(yīng)的試驗(yàn)方案并進(jìn)行加載與觀測(cè)。

（3）根據(jù)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與總結(jié)[1]。

1.1.1 橋梁結(jié)構(gòu)前期調(diào)查、分析階段

該階段工作內(nèi)容可保證后續(xù)試驗(yàn)工作能夠順利完成，是試驗(yàn)開展的前提條件，在前期準(zhǔn)備工作中需要工作人員將有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)的資料進(jìn)行收集整理。如公路橋梁結(jié)構(gòu)的施工記錄文件、設(shè)計(jì)文件、監(jiān)理記錄文件、維修養(yǎng)護(hù)記錄文件等，通過相關(guān)資料可幫助試驗(yàn)人員了解公路橋梁的運(yùn)營(yíng)情況。另外，需要整理統(tǒng)計(jì)現(xiàn)階段橋梁結(jié)構(gòu)的檢查情況，如橋面的排水情況、平整度及裂縫的縫補(bǔ)情況等[2]。分析公路橋梁結(jié)構(gòu)檢查現(xiàn)狀能幫助檢測(cè)人員對(duì)公路橋梁進(jìn)行全面的宏觀判斷，通過理論計(jì)算與分析了解公路橋梁的設(shè)計(jì)及適應(yīng)荷載效應(yīng)計(jì)算，最后制定對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方案。

1.1.2 加載和觀測(cè)

該階段是試驗(yàn)工作中最為關(guān)鍵的內(nèi)容，主要通過橋梁結(jié)構(gòu)健康分析數(shù)據(jù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康情況進(jìn)行判斷。

1.1.3 數(shù)據(jù)分析、總結(jié)

試驗(yàn)的最后階段，針對(duì)試驗(yàn)中收集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，根據(jù)我國(guó)對(duì)公路橋梁的規(guī)范要求來對(duì)公路橋梁進(jìn)行評(píng)定，生成橋梁靜載試驗(yàn)報(bào)告[3]。

1.2 公路橋梁靜載試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容

確定好靜載試驗(yàn)方案之后，需要考慮對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)造成不利影響因素的部分進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)我國(guó)公路橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況來看，導(dǎo)致其發(fā)生結(jié)構(gòu)變形的主要因素有：梁的轉(zhuǎn)角、撓度、水平位移等。影響公路橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生局部變形的主要因素有：橋梁出現(xiàn)了纖維變形、裂縫等 [4]。在試驗(yàn)過程中操作人員主要需要檢測(cè)以下幾個(gè)方面：

（1）梁結(jié)構(gòu)控制截面的最大應(yīng)變以及荷載變化規(guī)律。

（2）不同等級(jí)荷載作用力下，檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的沿橋軸線分布曲線以及最大豎向撓度;觀察橋梁結(jié)構(gòu)是否存在裂縫及裂縫是否發(fā)生擴(kuò)展，具體需要觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的具體位置以及裂縫的間距、寬度、長(zhǎng)度以及方向變化情況。

（3）觀測(cè)橋梁支座的沉降、壓縮以及墩臺(tái)轉(zhuǎn)角、位移情況。

（4）若公路橋梁的類型比較特殊，如斜拉橋、懸索橋，則需要測(cè)量吊索的索力以及主纜表面的溫度[5]。

2 靜力載荷試驗(yàn)方法分析

對(duì)公路橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)，選擇直接施測(cè)法，其應(yīng)用原理是將靜止的荷載直接作用于橋梁結(jié)構(gòu)的指定部位上，靜力荷載需要忽略荷載本身的動(dòng)力響應(yīng)，其本身屬于一種簡(jiǎn)化分析法。通過開展靜力荷載試驗(yàn)，利用相關(guān)響應(yīng)設(shè)備來檢測(cè)橋梁各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變情況和位移情況，可判斷出公路橋梁結(jié)構(gòu)在預(yù)定荷載作用下的實(shí)際工作狀況。

對(duì)新建的公路橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)方法有兩種：

（1）對(duì)新建橋梁結(jié)構(gòu)的驗(yàn)收檢測(cè)，通過檢測(cè)來判斷公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，施工是否符合要求，判斷公路橋梁的極限承載能力，為公路橋梁后續(xù)的運(yùn)營(yíng)提供參考。試驗(yàn)結(jié)果是評(píng)價(jià)公路橋梁施工項(xiàng)目質(zhì)量水平的重要指標(biāo)。

（2）針對(duì)一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)或新型的公路橋梁，通過靜力荷載可以明確公路橋梁結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的實(shí)際承載能力，將理論計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行核對(duì)，幫助工作人員確定橋梁的承載能力，促進(jìn)公路橋梁計(jì)算理論的發(fā)展[6]。

2.1 試驗(yàn)孔道的選取與試驗(yàn)控制截面選定

開展公路橋梁靜載檢測(cè)時(shí)，需要平衡好橋梁的性能以及試驗(yàn)時(shí)間、費(fèi)用、環(huán)境限制等客觀因素之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目標(biāo)需要將試驗(yàn)流程進(jìn)行簡(jiǎn)化。在選取試驗(yàn)孔道的時(shí)候需要結(jié)合公路橋梁形式特點(diǎn)以及外觀結(jié)構(gòu)，如當(dāng)公路橋梁為多孔結(jié)構(gòu)或者跨徑相統(tǒng)一的時(shí)候，可以選取2個(gè)具有一定代表性的孔跨來進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)孔道選取的時(shí)候需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）選取孔跨的受力最不利部位。

（2）孔跨施工質(zhì)量較差，且在進(jìn)行外觀檢查時(shí)存在較多缺陷部位或出現(xiàn)混凝土剝落情況較為嚴(yán)重的部位。

（3）所選取的孔跨最好是能夠方便搭建一個(gè)臨時(shí)結(jié)構(gòu)建筑物或方便安置檢測(cè)設(shè)備和加載設(shè)備的部位。

選擇控制截面時(shí)，需要根據(jù)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，滿足其極限承載力的條件下能反映出公路橋梁結(jié)構(gòu)最不利承載的狀態(tài)，選取的控制截面盡量要少，若橋梁本身的形式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，則可以多選取1～2個(gè)控制截面。橋梁本身的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如鋼架橋，可以根據(jù)實(shí)際情況增加。在進(jìn)行檢測(cè)前，若發(fā)現(xiàn)橋梁損傷較為嚴(yán)重且已經(jīng)進(jìn)行過修復(fù)，需要先進(jìn)行計(jì)算再確定控制截面，現(xiàn)階段常見的橋梁類型及控制截面選取原則如表1所示。

2.2 荷載大小確定、加載步長(zhǎng)、布置控制

靜力荷載試驗(yàn)中對(duì)荷載值的確定需要建立在相關(guān)理論計(jì)算基礎(chǔ)上，確定加載部位以及荷載分級(jí)內(nèi)容，檢測(cè)荷載值都屬于測(cè)評(píng)值，需要保證與試驗(yàn)控制荷載相同。由于設(shè)備的限制兩者間會(huì)存在一定誤差，為保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，需通過采取靜載試驗(yàn)效率系數(shù)來確定和控制。試驗(yàn)荷載的效率計(jì)算公式和加載流程如圖1所示。

式中，Ss——靜力荷載的作用下通過加載條件來對(duì)應(yīng)控制截面內(nèi)力或者進(jìn)行變形計(jì)算效應(yīng)值;S——控制荷載在同一控制截面上所產(chǎn)生的截面內(nèi)力以及發(fā)生形變最不利效應(yīng)計(jì)算值;μ——根據(jù)規(guī)范取用的沖擊系數(shù)值;η——靜力試驗(yàn)效率[7]。

確保靜力試驗(yàn)檢測(cè)能夠按時(shí)進(jìn)行，需要確定加載值、應(yīng)變值以及形變值之間存在的函數(shù)關(guān)系，荷載步長(zhǎng)通常情況下不低于4步，參與試驗(yàn)的車輛數(shù)量較少，原則上也不可低于3步。使用承載架進(jìn)行加載，通過逐步加載的方式來將承載架加到最大值后再卸載，利用車輛進(jìn)行加載處理則需要通過增加車輛數(shù)量的方式來進(jìn)行。遇到結(jié)構(gòu)損害較為嚴(yán)重的情況，且損壞程度已經(jīng)達(dá)到危橋級(jí)別，則需要減少加荷載步長(zhǎng)[8]。

正式開展加載前需要進(jìn)行預(yù)加載試驗(yàn)，預(yù)加載試驗(yàn)類似于演練工作，通過預(yù)加載試驗(yàn)來排除正式試驗(yàn)時(shí)可能會(huì)遇到的各種技術(shù)問題，避免在正式試驗(yàn)時(shí)再次發(fā)生。針對(duì)部分新修建橋梁，通過開展預(yù)加載試驗(yàn)可以保證其整體結(jié)構(gòu)都處于一個(gè)工作狀態(tài)，確保后期的試驗(yàn)結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確。

為減輕溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響，試驗(yàn)時(shí)間最好選擇溫度相對(duì)變化幅度較小的凌晨0：00—5：00左右，如果出現(xiàn)檢測(cè)困難或檢測(cè)儀器安放困難的情況下可將試驗(yàn)放在白天進(jìn)行。進(jìn)行前必須做好對(duì)應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施或遮光處理措施，單步長(zhǎng)不超過30 min。

荷載試驗(yàn)必須嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，遵循從大到小、從粗到細(xì)的試驗(yàn)基本原則，做好應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的準(zhǔn)備。在加載過程中測(cè)試點(diǎn)的形變值小于理論計(jì)算值的時(shí)候需要對(duì)發(fā)生裂縫的部位進(jìn)行觀察，出現(xiàn)下面幾種情況需要立刻停止加載：

（1）當(dāng)加載達(dá)到一定的步長(zhǎng)范圍時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)發(fā)生了劇烈變化或者有持續(xù)增大的趨向。

（2）測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)變值超過了理論計(jì)算值和規(guī)定范圍時(shí)。

（3）在加載階段中混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫范圍超過了控制范圍。

（4）橋梁的墩臺(tái)位移超過了允許范圍值。

（5）涉及其他影響橋梁結(jié)構(gòu)承載力以及正常使用問題時(shí)。

3 公路橋梁靜力載荷試驗(yàn)要點(diǎn)分析

3.1 做好試驗(yàn)前準(zhǔn)備

橋梁靜載試驗(yàn)工作需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和資金，為避免浪費(fèi)人力、財(cái)力，正式開展試驗(yàn)前做好充分的準(zhǔn)備。對(duì)涉及所有靜載試驗(yàn)設(shè)備和所有圖紙進(jìn)行全面檢查，保證各項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)備的齊全性和圖紙準(zhǔn)確性。靜載試驗(yàn)必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙來設(shè)置應(yīng)力片位置，需要對(duì)圖紙進(jìn)行全面的審核。做好相關(guān)人員的調(diào)配，保證靜載試驗(yàn)可以順利開展。

3.2 科學(xué)設(shè)置試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)

試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)是否可靠，主要取決于試驗(yàn)人員在選擇試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候是否科學(xué)合理，試驗(yàn)人員在選取試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)前必須進(jìn)行全面的分析和檢查，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查分析后再確定合適的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，確保所有試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)都能準(zhǔn)確反映出公路橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。選取試驗(yàn)截面時(shí)，須考慮截面的面積大小以及所選擇的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)量是否合理，如在設(shè)置箱梁結(jié)構(gòu)側(cè)面的時(shí)候，選取的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)要盡可能地在小箱梁結(jié)構(gòu)之上。

3.3 保證荷載加載可以有序開展

正式靜載試驗(yàn)時(shí)，須注意全面提升荷載加載工作的質(zhì)量及水平。檢測(cè)人員必須全面掌握荷載的各種加載方式，通過對(duì)公路橋梁的全面分析來選擇荷載加載方式保證試驗(yàn)的可靠性。荷載加載作業(yè)前必須檢查各類輔助材料和物品是否齊全，所有的輔助性材料和物品是否具備相應(yīng)的性能。試驗(yàn)人員必須對(duì)輔助性材料和物品進(jìn)行全面把控，保證在試驗(yàn)過程中能夠調(diào)整加載壓力，提升檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.4 加強(qiáng)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)所得試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面分析，根據(jù)目前我國(guó)對(duì)公路橋梁工程建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，在完成荷載試驗(yàn)后要對(duì)檢測(cè)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行全面分析和對(duì)比。通過實(shí)際分析結(jié)果判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否滿足車輛安全通行標(biāo)準(zhǔn)，其他的檢測(cè)結(jié)果則需要按照國(guó)家對(duì)橋梁工程建設(shè)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁工程對(duì)我國(guó)的交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展十分重要，其質(zhì)量須依靠靜載試驗(yàn)來進(jìn)行鑒定。基于此，該文通過對(duì)公路橋梁靜載試驗(yàn)的基本原理、靜力載荷試驗(yàn)理論及方法、靜載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)的要點(diǎn)進(jìn)行闡述分析，指出公路橋梁工程開展靜載試驗(yàn)的工作流程、工作要點(diǎn)以及相關(guān)影響因素。測(cè)量人員可從試驗(yàn)前準(zhǔn)備、科學(xué)設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)、荷載加載、結(jié)果分析等四個(gè)方面來提高公路橋梁工程靜載試驗(yàn)工作的效率。

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