荷載試驗在公路橋梁檢測中的應用效果評價

唐國文

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

《公路養護技術規范》（JTG H10—2009）要求，必須對修建的橋梁進行鑒定，橋梁結構在荷載作用等因素影響下，會產生不同程度的損傷，對橋梁結構進行安全性檢測非常重要。對新建橋梁的檢測評估，對事故處理方法不當等原因出現病害的橋梁需進行鑒定，為橋梁竣工驗收，提高橋梁建設水平積累科學的數據資料。

1 橋梁結構荷載常用檢測方法

表觀檢測方法是橋梁結構狀態檢測的重要手段，通過技術人員目視舊橋進行全面檢測，以量化方式評估各構件的損傷情況，此評估方法是較直觀的方法，適宜較大范圍橋梁普查分級，是橋梁檢測中的常用方法。此方法對承載力判斷僅為初步判斷，較難保證評定精度，評估方法的效能與檢測人員的專業能力相關啊，評判標準難以統一。為獲取全部結構性能需設置較多的檢測點。結構局部構件得出的檢測結果不能反映全部整體性能[1]。

局部檢測通過對某個損傷較嚴重的局部構件進行非破壞性檢測，可采用各種技術儀器進行有效檢測。

靜態檢測法是對橋梁進行靜荷載實驗，橋梁結構靜荷載實驗是根據橋梁設計荷載等級，對橋梁結構進行加載，測試橋梁上部結構的靜態響應。根據測試結果與理論計算值對比，采用物理力學概念與規范與常規設計相同。荷載實驗法多用于橋梁實際工作狀態不明確情況下評價。可降低橋梁評價中的不確定性，但此方法加載時間長，成本較高。

橋梁結構要承受車輛荷載等多種復雜因素影響，動態檢測法是對橋梁進行動荷載的實驗，如行駛汽車荷載作用于橋梁結構，判斷橋梁結構在動力荷載下受沖擊的影響。動載試驗目的是研究橋梁結構的動力性能，如沖擊系數是確定車輛荷載作用的重要技術參數，橋梁過大振動可引起車輛的不適感，外荷載可能引起橋梁結構的共振。靜力荷載實驗是動力荷載實驗的基礎，一般先作靜力荷載試驗測定有關結構特性參數。

2 橋梁結構荷載實驗簡介

橋梁結構荷載實驗是直接在橋梁結構加載的科學實驗共振，判斷橋梁結構的安全承載能力，荷載實驗可分為靜載與動載實驗，橋梁荷載實驗可以是實橋實驗或橋梁結構模型室內實驗，荷載實驗多采用實橋現場加載實驗。

荷載實驗的主要目的是評定既有橋梁的結構實際承載能力，驗證發展新結構的設計計算理論[2]。橋梁結構靜載實驗分為結構考察與實驗方案設計和測試結果分析。整個實驗成敗很大程度上取決于實驗前的準備工作，應根據實驗目的，考察實驗橋梁的現狀，進行必要的理論分析，要全面開始試驗前的各項準備工作。確定實驗人員組織及分工、儀器組配及標定等。

準備工作完成后，對各測試儀器進行觀測，應嚴格按實驗方案進行。保證實驗能有序進行，測試記錄人員應認真測讀，有效保證實驗數據正確無誤，保證實驗正常進行。

通過加載測試后得到原始數據，圖像描述是荷載實驗的重要資料，實際工作難免繁瑣，需對其進行分析處理得出科學的結論。

3 橋梁荷載實驗的應用

3.1 實驗方案設計

實驗方案設計是橋梁靜載試驗的重要環節，實驗方案設計包括實驗對象的選擇，測點布設，加載方案設計等方面[3]。橋梁靜載實驗要能客觀評定結構的承載能力狀態，需進行必要的簡化，對結構形式不同的橋跨結構應選取具有代表性的孔進行實驗，實驗對象選擇應考慮計算受力狀態最不利的實驗孔，搭設腳手架及荷載方便的實驗孔。

實驗荷載工況的選擇應能反映橋梁結構最不利的受力狀態獲得結構中內力變化幅度大的截面位置信息，根據沖擊系數計算截面最不利的活載內力形式，加載實驗項目設計應抓住重點，應根據橋型與規模尋找主要內力設計荷載狀況，如橋梁結構復雜規模較大應設若干附加荷載工況。

測試截面內力與應力分布通過應變反映，如何正確布置測點對結構受力狀態分析非常重要。測點布置應遵循必要、方便觀測的基本原則，應在結構最大應力與撓度處布設主要測點。對組合體系的橋梁結構，結合各類橋梁確定其主要測點布設位置。

3.2 實驗控制荷載

根據橋梁調查與檢算工作深度要求，在撓度沿縱向或控制截面橋寬方向分布，應變沿截面高度分布，墩臺沉降與轉角，剪切應變等處增設測點。為保證荷載實驗效果，必須先確定實驗的控制荷載。分別計算汽車人群荷載，掛車荷載等對結構控制截面產生內力最不利值進行比較。實驗荷載應與設計標準相同，實際采用的實驗荷載難以與實際保持一致，實際軸重與標準荷載不同。

為保證加載過程安全，對橋梁各主要工況加載時應分級進行。加載分解較方便時可按最大控制截面內力荷載工況分為4 級，應盡量增多加載分級。采用重物直接加載方式周期較長，實驗加載時間應安排在晚上10 點后，如夜間實驗照明困難，可在晝間進行實驗。

3.3 荷載實驗分析

實驗現場得到的數據是龐雜的，需對實驗數據進行在整理分析，最后得出承載能力狀態評定的科學結論[4]。

橋梁結構的動力特性包括固有頻率等，與外荷載等條件無關。結構動力特性是橋梁承載能力狀態評定的重要參數。結構各部位動力響應，反映橋梁結構在動荷載作用下的受力狀態，橋梁結構動載實驗要揭示橋梁結構震動的內在規律。

動載實驗測試的目的是測定橋梁結構的動力反應，測定橋梁荷載自身的動力特性。阻尼比是反應橋梁結構耗散能量的量度，阻尼比越大，說明橋梁結構振動衰減越快，過大的阻尼比說明結構可能存儲開裂等現象。動撓度與相應的靜撓度比值為活荷載沖擊系數，活載沖擊系數綜合反映荷載對橋梁的動力作用。

4 橋梁荷載實驗工程實例

濱湖橋位于廣東省佛山市，橋跨為15 m+20 m+15 m，車行道24 m，設計荷載為汽車-20，人群3.5 kN/m3，橋梁主要由主梁、橋臺、橋墩組成。

主梁是普通混凝土鋼筋結構，梁高1 m，各梁間距1.85 m，橋面設置了較強的13 道橫梁，V 型墩由兩個變截面桿組成，V型墩底部標高17.1m，橋墩下共有6 根樁，樁長17 m 距離樁底設計標高2 m 處開始擴孔至2 m，6 根樁用1.5 m 高的承臺連接，橋臺下共有8 根長18 m 直徑1.2 m 的樁，擋土墻采用鋼筋混凝土懸臂式擋土墻[5]。為檢驗橋梁結構特性是否符合設計標準要求，對橋梁進行檢測及荷載實驗。取得關鍵部位的受載應力及變形等重要數據，為維修加固工作提供依據。

橋梁現有狀況檢測范圍包括橋梁上下部結構檢查，橋梁維護結構的檢查，線型與標高的量測。檢測橋梁構件有無破損、開裂、積水等現象，標測出具體位置。

橋面存在大面積的坑洼不平，形成深20 mm 不規則的散布坑洼，局部鋪裝層鋼筋露出。橋面板，橫梁存在露筋現象，鋼筋銹蝕嚴重。混凝土脫模現象可不予修補。

橫梁兩側邊普遍存在豎向裂縫，分布在梁跨中，部分縱梁與H7 交匯處附近有裂縫，最大寬度為0.2 mm。裂縫處于梁的腰部向梁底延伸，因鋼構橋整體性強，混凝土收縮等作用下易造成開裂。

橋臺存在多處裂縫，其中一處為橋臺結構開裂，裂縫未顯陳舊，必須采取處理措施，防止影響使用安全。V 型橋墩細密龜狀粉刷層裂紋，主要為過往游船撞擊所致。

橋梁兩端設置了橡膠板伸縮縫，伸縮縫有近1/2 長度的橡膠已破壞。橋臺伸縮縫間雨水沖刷大面積泥沙污跡。伸縮縫破損嚴重。縱梁端底面與橋臺支座區域存在大量施工留下的木模板殘片，對支座產生一定的影響。搭板兩端支撐存在寬大裂縫，應為連接與粉飾層開裂。

5 結束語

對佛山市大橋現狀檢查，在動荷載作用下的動力特性測試。現狀檢查結果表明，橋梁一側橋臺開裂是結構性損壞，其原因可能系基礎沉降不均等多種因素造成。橋臺損壞必須盡快適當處理。橫梁普遍存在豎向裂縫，主要原因為混凝土結構收縮等作用影響產生。應采取措施防止鋼筋銹蝕。橋梁伸縮縫急需修理更換。