高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究

■鞏躍龍

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710075)

0 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路工程的建設(shè)也在如火如荼地進(jìn)行。評(píng)價(jià)公路工程建設(shè)質(zhì)量最直觀的方法就是在建設(shè)以后進(jìn)行相關(guān)的靜載試驗(yàn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析工程建設(shè)質(zhì)量好壞以及為后期投入使用奠定基礎(chǔ)。本文主要從分析靜載試驗(yàn)檢測(cè)的目標(biāo)出發(fā)，對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)方案與技術(shù)進(jìn)行分析總結(jié)，并舉例分析某高速公路箱梁的靜載試驗(yàn)結(jié)果，以期為實(shí)際工程的監(jiān)測(cè)提供參考和借鑒。

1 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本文試驗(yàn)主要依據(jù)交通部 《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和相關(guān)的設(shè)計(jì)文件及計(jì)算資料進(jìn)行綜合評(píng)定，達(dá)到以下目的：

（1）對(duì)箱梁混凝土剛度和強(qiáng)度以及抗裂性進(jìn)行試驗(yàn)，為后期竣工驗(yàn)收提供依據(jù)；

（2）對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)定，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

（3）利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為工程初始檔案資料提供參考；

（4）對(duì)橋梁在荷載下的應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩和扭矩進(jìn)行檢測(cè)分析；

（5）對(duì)橋梁在偏心荷載作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、彎矩和扭矩進(jìn)行檢測(cè)分析，得到其在不利荷載下工作特性。

2 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目

對(duì)于一般的高速公路箱梁，檢測(cè)項(xiàng)目一般包括有應(yīng)變測(cè)試以及撓度測(cè)試。因此，在實(shí)際檢測(cè)中，應(yīng)該按照現(xiàn)場(chǎng)工程自身狀況和受力特點(diǎn)布置需要檢測(cè)的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和撓度測(cè)點(diǎn)。具體如下：

2.1 應(yīng)變檢測(cè)

進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試時(shí)，箱梁截面應(yīng)變一般可采用金屬柵應(yīng)變片，主要是對(duì)箱梁控制截面的應(yīng)變分布規(guī)律和受力特性進(jìn)行測(cè)定，包括如下：

（1）中心荷載作用下箱梁控制截面最大靜應(yīng)變；

（2）偏載荷載作用下箱梁控制截面最大靜應(yīng)變。

2.2 撓度檢測(cè)

撓度的檢測(cè)一般是將測(cè)點(diǎn)布置在箱梁上表面上，通常使用全站儀并與百分表相結(jié)合的方法進(jìn)行觀測(cè)記錄，主要檢測(cè)對(duì)象是箱梁的豎向撓度變化。順著橋的方向，一般檢測(cè)點(diǎn)布置在邊跨、中跨以及次邊跨的見(jiàn)面位置，并且每一個(gè)截面一般布置有2個(gè)撓度檢測(cè)點(diǎn)，具體可參見(jiàn)圖1。撓度檢測(cè)項(xiàng)目包括如下：

（1）中心荷載作用下箱梁控制截面最大靜撓度；

（2）偏載荷載作用下箱梁控制截面最大靜撓度。

3 高速公路箱梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)方案與技術(shù)

3.1 檢測(cè)方案

對(duì)橋孔進(jìn)行檢查以及選取適當(dāng)位置處橋孔進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)對(duì)選定測(cè)試孔的計(jì)算和分析，在正式測(cè)試前完成以下工作：

（1）測(cè)試前，根據(jù)測(cè)試計(jì)劃要求對(duì)測(cè)試車輛進(jìn)行稱重，將測(cè)試車輛重量的原始數(shù)據(jù)記錄下來(lái)供后期處理分析；對(duì)箱梁上表面進(jìn)行清理，標(biāo)注好檢測(cè)點(diǎn)和加載點(diǎn)位置。

（2）測(cè)試孔的放樣應(yīng)根據(jù)應(yīng)變和測(cè)量點(diǎn)的布置形式，對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)位置實(shí)施磨平和清理后進(jìn)行應(yīng)變片粘貼，之后需要進(jìn)行防潮處理。為了避免測(cè)試過(guò)程中受到大氣溫度變化的影響，每個(gè)測(cè)量區(qū)域需要布置在相同溫度場(chǎng)的溫度補(bǔ)償應(yīng)變儀下；此時(shí)應(yīng)該同時(shí)對(duì)撓度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行布置。

（3）對(duì)測(cè)試儀器和傳感器間導(dǎo)線進(jìn)行布置，連接計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。檢查應(yīng)變監(jiān)測(cè)儀和刻度盤指示燈是否正常工作，保證電路平穩(wěn)暢通并處于正常工作狀態(tài)。

（4）預(yù)加載過(guò)程中應(yīng)該對(duì)應(yīng)變片和百分表等進(jìn)一步檢查，判斷儀器是否靈敏，如果一切正常，則按照原計(jì)劃工作位置進(jìn)行加載測(cè)試。

3.2 荷載試驗(yàn)

（1）對(duì)任一工況進(jìn)行加載試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)加載汽車到達(dá)指定地點(diǎn)后，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)并持續(xù)在5min之上，密切關(guān)注數(shù)據(jù)當(dāng)其穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行采樣記錄。當(dāng)加載車輛進(jìn)行卸載后，持續(xù)時(shí)間要大于10min，以使得結(jié)構(gòu)恢復(fù)之前的彈性變形。

（2）對(duì)于任一工況下，均按照分級(jí)加載進(jìn)行。按照同一車道車輛數(shù)目遞增和每次分3級(jí)加載方式進(jìn)行。

（3）保證每個(gè)工況進(jìn)行兩次重復(fù)試驗(yàn)，即做兩組平行試驗(yàn)，防止單次試驗(yàn)出現(xiàn)偶然誤差。

4 工程實(shí)例

如圖1所示，某高速公路新建橋梁工程上伏橋面為箱梁結(jié)構(gòu)，共三跨，從左到右依次為62m、98m和62m。該高速公路為雙向，橫截面總長(zhǎng)為30m，設(shè)計(jì)驗(yàn)算荷載為A級(jí)。從圖1看到，此次測(cè)試截面有3個(gè)，分別為Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ截面。

圖1 主橋測(cè)試斷面及三截面工況下加載車縱向布設(shè)示意圖

4.1 靜載試驗(yàn)測(cè)試工況

按照公路橋梁承載力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程，一般情況下靜載試驗(yàn)的荷載試驗(yàn)效率系數(shù)η應(yīng)該在以下范圍內(nèi)：

對(duì)三個(gè)截面下的設(shè)計(jì)荷載、試驗(yàn)荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到荷載等效系數(shù)如表1所示：

表1 各測(cè)試工況截面荷載效率系數(shù)計(jì)算表

4.2 加載車布置

如圖2所示，為本次箱梁撓度測(cè)試斷面布置圖，在單側(cè)方向上加載3輛車進(jìn)行試驗(yàn)，具體加載位置見(jiàn)圖2。

圖2 箱梁撓度測(cè)試斷面布設(shè)示意圖

靜載試驗(yàn)時(shí)加載車輛重量為35t，車型示意圖如圖3所示；現(xiàn)對(duì)Ⅲ-Ⅲ截面進(jìn)行討論，Ⅲ-Ⅲ截面工況下車輛縱斷面圖如圖3所示。

圖3 加載車型示意圖（單位：cm）

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）撓度

表2為Ⅰ-Ⅰ和Ⅲ-Ⅲ截面下實(shí)測(cè)撓度與理論撓度對(duì)比分析表，由表可知，在荷載作用下?lián)隙鹊膶?shí)際測(cè)量值均小于理論值，并且兩個(gè)截面的校驗(yàn)系數(shù)均小于1.0，說(shuō)明二者均在正常范圍之內(nèi)，也反映了該高速公路箱梁結(jié)構(gòu)安全性滿足要求。

表2 實(shí)測(cè)撓度與理論撓度對(duì)比分析表(mm)

（2）應(yīng)力

圖4為Ⅲ-Ⅲ截面工況下檢測(cè)應(yīng)力值與理論計(jì)算值對(duì)比分析圖。

如圖所示，1、2、3、4 對(duì)應(yīng)上游側(cè)腹板；5、6、7 對(duì)應(yīng)底板；8、9、10、11 對(duì)應(yīng)下游側(cè)腹板；12、13 對(duì)應(yīng)頂板。 從圖中可以得到：

（1）在荷載作用下，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)量值均小于理論計(jì)算值，這表明該箱梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和受力狀態(tài)在正常范圍內(nèi)，滿足工程設(shè)計(jì)要求。

圖4 Ⅲ-Ⅲ截面應(yīng)力數(shù)據(jù)對(duì)比分析圖

（2）荷載作用下，通過(guò)分析可知箱梁的腹板沿高度方向應(yīng)力基本呈現(xiàn)出線性的分布規(guī)律，這也從側(cè)面說(shuō)明了，結(jié)構(gòu)在受力時(shí)應(yīng)該處于線彈性狀態(tài)，這與實(shí)際理論相吻合。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)高速公路箱梁的靜載試驗(yàn)檢測(cè)方法和技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析，從介紹箱梁靜載試驗(yàn)的目的出發(fā)，詳細(xì)介紹了高速公路箱梁靜載試驗(yàn)的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目，并對(duì)檢測(cè)方案與技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)介紹，最后以工程實(shí)例為背景，對(duì)某一高速公路工程箱梁靜載試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。從中可以看到，高速公路的檢測(cè)是一項(xiàng)繁雜但又非常重要的事情，這與工程體積龐大和施工復(fù)雜等因素密不可分，因此在實(shí)際施工時(shí)，要認(rèn)真考慮實(shí)際場(chǎng)地情況，嚴(yán)把質(zhì)量，使得箱梁各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求，也使得我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)更進(jìn)一步。