動靜荷載試驗在橋梁檢測中的應用

劉 磊

(山西省公路工程質(zhì)量檢測中心，山西 太原 030006)

動靜荷載試驗在橋梁檢測中的應用

劉 磊

(山西省公路工程質(zhì)量檢測中心，山西 太原 030006)

針對某橋梁工程實際情況，分析了靜荷載試驗與動荷載試驗的具體方法，并根據(jù)結(jié)構(gòu)物在加載條件下的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，掌握了橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載情況下的實際工作形態(tài)，繼而對結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)與承載力水平進行綜合評價，以此為橋梁加固與維修提供可靠的依據(jù)，實現(xiàn)提高橋梁加固針對性與有效性的目標。

橋梁檢測，動荷載試驗，靜荷載試驗

0 引言

近年來，國內(nèi)橋梁設施經(jīng)常發(fā)生安全事故，嚴重影響了道路橋梁的正常通行，造成不同程度的經(jīng)濟損失與人員傷亡。為確保現(xiàn)役橋梁處在最佳的安全和技術(shù)狀態(tài)，應對其實施綜合的試驗檢測與分析判斷。對絕大多數(shù)橋梁而言，試驗檢測內(nèi)容主要有：外觀試驗檢測與實體試驗檢測。其中，外觀試驗檢測還包括：橋面及上下部結(jié)構(gòu)；實體試驗檢測包括：結(jié)構(gòu)尺寸、碳化深度、銹蝕程度與保護層厚度等。其對應的檢測方法主要為動靜荷載試驗。基于此，圍繞橋梁的實際情況，分別論述在此橋梁檢測過程中動荷載試驗與靜荷載試驗的具體應用方法。

1 橋梁工程概況

某橋為兩座不同時期建造的并列橋梁，其總長約155 m，結(jié)構(gòu)采用簡支梁，橫向兩橋并列，間距為3.35 m，跨徑一致。橋梁下部采用雙柱式加蓋梁墩、臺和雙柱式鉆孔灌注樁基礎，兩橋墩柱直徑有所不同，上游橋墩柱直徑為0.8 m；下游橋墩柱直徑為1.0 m。橋面表面為雙向四車道，南北兩側(cè)人行道寬1.0 m和0.7 m，中央分隔帶寬3.35 m，雙向車道寬7.0 m和9.0 m。經(jīng)調(diào)查，本橋避免出現(xiàn)若干坑槽，結(jié)構(gòu)損壞情況較為嚴重，初步斷定已屬危橋。現(xiàn)圍繞本橋上游橋?qū)嶋H情況，對動靜荷載試驗方法進行分析。

2 橋梁試驗檢測

2.1 基本內(nèi)容

1)橋跨主體結(jié)構(gòu)工作性能；

2)主梁承載力；

3)主梁動載試驗。

2.2 測點布置

將市區(qū)方向作為0號臺，反方向作為13號橋臺，墩臺編號為1～12。按從北至南的方向?qū)χ髁哼M行編號。結(jié)合檢測方案，根據(jù)現(xiàn)場觀測結(jié)果，將10號跨與11號跨作為主要檢測單元。在跨中截面點和簡支梁支點分別設置位移測點；在兩檢測單元的1號和2號工字梁肋部跨中的側(cè)面分別設置應變測點，主應力測點設置在理論支撐線以外40 cm處。

2.3 試驗加載

1)橋跨主體結(jié)構(gòu)工作性能的試驗加載為：單—20 t跨中加載。

2)主梁承載力的試驗加載為：采用20 t,30 t和40 t加載車，數(shù)量均為2輛。

3 靜荷載試驗檢測結(jié)果及分析

3.1 荷載分布

1)分布系數(shù)。

a.根據(jù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)計算結(jié)果制定計算說明書[1]。

b.采用彈性連續(xù)梁的計算方法對跨中截面進行計算。

c.結(jié)構(gòu)荷載包括人群荷載與汽車荷載，分別為3 kN/m2和汽車—15級。系數(shù)的計算結(jié)果為：1號梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.470,0.713；2號梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.476,0.457；3號梁汽車荷載、人群荷載分布系數(shù)為0.400,0.200。

2)結(jié)果分析。

由結(jié)果可知，在偏載情況下荷載一般傳遞在三個梁之間，印證橋梁的橫向剛度較差。從實測結(jié)果可以看出，計算的橫向分布結(jié)果和實測結(jié)果偏離，且荷載通常是在相鄰的梁上進行傳遞，遠距梁幾乎不具備承擔荷載能力。

3.2 主梁承載力試驗檢測

1)對各個主梁在加載情況下的彎矩大小進行計算。

2)試驗荷載的實際效率保持在0.96～1.18范圍內(nèi)，在彎矩達到最大的情況下對應效率值為1.18，滿足相應規(guī)范提出的要求[2]。

3)從位移測試得出的結(jié)果中可知，實際加載效率可以滿足現(xiàn)行橋梁檢定規(guī)程的各項要求，撓度校驗系數(shù)的實測結(jié)果保持在0.621～1.280范圍內(nèi)，說明本橋承載力無法支撐20 t汽車，即通行荷載必須控制15 t以下。

3.3 應力應變

對于應力應變的試驗檢測，主要使用的是電阻應變片及數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)。此次檢測主要是對10號跨與11號跨的邊側(cè)混凝土實施檢測，共設五個檢測點。根據(jù)應力應變的測試成果，跨中應變的最大值比計算值大，說明現(xiàn)有承載力無法滿足基本荷載要求；在中性軸的高度方面，理論值小于實測值。

3.4 混凝土應變的試驗檢測

混凝土應變主要使用應變測試分析系統(tǒng)及電阻應變片進行試驗檢測。此次檢測主要是對10號跨與11號跨的邊側(cè)混凝土實施檢測，共設五個檢測點。根據(jù)應力應變的測試成果，跨中應變的最大值和計算值非常接近，說明實際承載力大于設計荷載；而在中性軸的高度方面，理論值小于實測值。由于混凝土拉應力的最大實測值遠遠超出抗拉極限，因此斷定混凝土已經(jīng)發(fā)生開裂。

3.5 綜合評定

1)本橋的實際承載力無法滿足規(guī)范要求，有發(fā)生特大事故的可能，相比正常橋梁，發(fā)生事故的幾率相對較大，如果未進行有效處理，將引發(fā)災難性事故。

2)本橋?qū)嶋H荷載通行能力已低于設計標準，即無法滿足汽車—10級的要求。

3)通過本橋的實際平均荷載已達到超載水平，使橋梁結(jié)構(gòu)受到不同程度的影響，繼而出現(xiàn)損壞。

4 動荷載試驗檢測結(jié)果及分析

4.1 基本內(nèi)容

1)橋梁在動荷載條件下的自振頻率；

2)汽車對橋梁造成的沖擊系數(shù)。

仍以10號跨與11號跨為主要試驗對象，由載重汽車進行行駛激振，其行駛速度分為三等：20 km/h,40 km/h和60 km/h，按照對稱的方式行駛，對橋梁的振動特性進行采集分析[3]。

4.2 自振頻率和阻尼比

橋梁自身動力性能主要由自譜分析求得。當載重汽車的行駛速度為20 km/h時進行時域波形與自譜分析；當載重汽車的行駛速度為40 km/h時進行時域波形與自譜分析。基于脈動條件，頻率的主要成分為：2.483 Hz～3.422 Hz，其對應的阻尼比保持在0.036～0.111范圍內(nèi)；基于車載條件，頻率的主要成分為3.5 Hz，其對應的阻尼比保持在0.012 3左右。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，本橋結(jié)構(gòu)的自振頻率應當達到10.31 Hz，但計算值大于實測值；阻尼比的正常范圍為0.01～0.08，實測值為0.121，超出標準。由于橋梁的理論頻率比實測頻率大，所以橋梁剛度相對較差[4]。

4.3 汽車沖擊系數(shù)

在進行動荷載位移與應變測量過程中，從所有測點當中選擇有良好信號的3個測點實施重點分析。根據(jù)應變波形，汽車沖擊系數(shù)的計算結(jié)果為1.21；根據(jù)動荷載應變測量，測量結(jié)果為1.26。

4.4 試驗檢測結(jié)果分析

汽車沖擊系數(shù)應保持在1.17～1.22范圍內(nèi)，當實測基頻等于3.54 Hz時，沖擊系數(shù)經(jīng)計算等于1.22，說明橋梁的頻率相對較低，不具良好的整體性能。根據(jù)以上各項實測結(jié)果可以看出，橋梁主梁頻率不均勻，通過與規(guī)范的比較，本橋梁結(jié)構(gòu)實際損傷較為嚴重，承載力正不斷降低[5]。

5 橋梁的動靜荷載試驗結(jié)果

1)按照現(xiàn)行規(guī)范進行驗算，本橋無法滿足設計荷載要求，在特殊條件下工字梁單獨受力，混凝土不再受力，橋跨的主體結(jié)構(gòu)無法滿足汽車—10級荷載要求。

2)主梁支點截面的最大承載力低于荷載要求，造成這一現(xiàn)象的原因為工字梁腹板較小，會對橋梁整體安全帶來十分嚴重的危害。

3)本橋無法滿足公路—Ⅱ級荷載要求，因這一標準于2004年就已提出，所以現(xiàn)役的所有橋梁都必須滿足這一標準，而本橋不滿足，故斷定屬于危橋。

6 結(jié)語

橋梁試驗檢測過程中的動靜荷載試驗不僅在理論上十分成熟，而且在實踐中也有著極為廣泛的應用。除了可以為新建橋梁承載力判定給予支持，還能為舊橋使用狀況及安全水平評價提供科學的方法，是現(xiàn)階段主流的橋梁試驗方法，在橋梁綜合評價方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

[1] 閆玉民.動靜荷載試驗在橋梁檢測中的應用[J].中國建設信息，2013(16):54-59.

[2] 趙賽雷.論動靜荷載試驗在橋梁檢測中的應用[J].黑龍江交通科技，2014(3):158，160.

[3] 邱曉明.橋梁荷載試驗在廈門BRT高架橋檢測中的應用[J].福建建材，2016(3):23-25，61.

[4] 俞敏明.公路橋梁檢測中荷載試驗的應用[J].建材與裝飾，2016(38):239-240.

[5] 魏麗華，岳渠德，姜福香.橋梁結(jié)構(gòu)延性抗震分析[J].青島理工大學學報，2015(6):27-29.

The application of static and dynamic load test in bridge detection

Liu Lei

(ShanxiHighwayEngineeringQualityInspectionCenter,Taiyuan030006,China)

According to the actual situation of a bridge engineering, this paper analyzed the specific method of static load test and dynamic load test, and according to the relevant data of structure under loading situation, combining with the data analysis results, learned the actual work form of bridge structure under different load conditions, and then comprehensive evaluated the structure safety state and bearing capacity level, provided reliable basis for bridge reinforcement and maintenance, achieved the pertinency and effectiveness goal to improve the bridge reinforcement.

bridge detection, dynamic load test, static load test

1009-6825(2017)22-0175-03

2017-05-23

劉 磊(1981- )，男，工程師

U446

A