淺析橋梁靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

肖 宇，孫 斌，謝常青

(湖南省水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011)

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

湘江土谷塘航電樞紐工程壩頂工作便橋，0#橋墩為泄水閘閘墩編號(hào)；橋跨布置從右岸至左岸為：1723+110.51+123+321+319.5 m橋面連續(xù)小箱梁，荷載設(shè)計(jì)為公路-II級(jí)。湘江土谷塘航電樞紐工程壩頂工作便橋橋長(zhǎng)547.95 m，墻式護(hù)欄寬為0.5 m，行車(chē)道寬為4 m，橋面設(shè)置雙向2%橫坡。

1.1 試驗(yàn)跨的選取

一般來(lái)說(shuō)，靜載試驗(yàn)為達(dá)到理想的試驗(yàn)效果，起到檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)效的目的，要進(jìn)行試驗(yàn)跨的選取。選取試驗(yàn)跨一般遵循的原則如下：按照橋梁靜載試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)范或規(guī)定，一般選擇受力最不利的橋跨進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可以更加準(zhǔn)確的判斷橋梁結(jié)構(gòu)性能。這樣的橋梁靜載試驗(yàn)，可以準(zhǔn)確反映出試驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀況，同時(shí)也可以避免超過(guò)規(guī)范中設(shè)定的容許值，對(duì)橋梁不會(huì)造成新的損傷。

根據(jù)以上選跨原則選取該橋第12#跨及第17#跨為該項(xiàng)目試驗(yàn)跨。

1.2 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

受檢測(cè)的壩頂工作便橋?yàn)楹?jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，擬測(cè)定其跨中截面的截面應(yīng)力和支點(diǎn)截面、1/4截面、跨中截面的撓度。

1.3 試驗(yàn)工況

結(jié)合簡(jiǎn)支梁橋的受力和變形特點(diǎn)，選取跨中截面作為該橋的主要控制截面。壩頂工作便橋及倒車(chē)平臺(tái)靜載試驗(yàn)工況如表1。

表1 壩頂工作便橋及倒車(chē)平臺(tái)靜載試驗(yàn)工況

1.4 荷載效率

(1)理論分析

壩頂工作便橋理論計(jì)算按照國(guó)家、行業(yè)等制定的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合提供的橋梁設(shè)計(jì)圖，建立相關(guān)計(jì)算模型，進(jìn)行試驗(yàn)工況的荷載計(jì)算，同時(shí)也是荷載計(jì)算不可或缺的依據(jù)和資料。

試驗(yàn)主要采用有限元分析的方法完成靜載試驗(yàn)理論計(jì)算。理論計(jì)算分析主要內(nèi)容如下。

①首先利用數(shù)值模擬軟件建立測(cè)試橋梁的計(jì)算模型；②然后要根據(jù)試驗(yàn)跨選取原則，分析確定試驗(yàn)工況、橋跨截面、加載工況等相關(guān)內(nèi)容；③再根據(jù)規(guī)程規(guī)范計(jì)算試驗(yàn)橋梁的動(dòng)力特性；④最后再根據(jù)規(guī)范中的計(jì)算公式算得相應(yīng)的理論數(shù)據(jù)，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得到最后的試驗(yàn)結(jié)論。

(2)靜載試驗(yàn)荷載效率

依據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算的靜力荷載試驗(yàn)效率一般在0.85～1.05之間。

新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)英語(yǔ)教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)注重促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。形成性評(píng)價(jià)的重點(diǎn)是學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程的具體表現(xiàn)。形成性評(píng)估強(qiáng)調(diào)，“評(píng)價(jià)最重要的目的不是證明，而是改進(jìn)”。[2]教師可以根據(jù)教學(xué)結(jié)果改變教學(xué)計(jì)劃。它包括學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的反饋，評(píng)價(jià)的形成是動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的。其評(píng)價(jià)方法具有很大的靈活性，給教師留下了很大的創(chuàng)作空間。形成性評(píng)價(jià)的概念要付諸實(shí)踐，就必須制訂一個(gè)比較完整、合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)模式必須要有與之相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)模式才能順利進(jìn)行。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)給予學(xué)生更多的關(guān)注，及時(shí)評(píng)價(jià)反饋，不能僅僅依靠學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)價(jià)，要多種評(píng)價(jià)模式綜合應(yīng)用。

式中：ηq為靜力試驗(yàn)荷載效率，μ為沖擊系數(shù)值，S為最不利效應(yīng)計(jì)算值，Sstats為最大計(jì)算效應(yīng)值。

根據(jù)兩個(gè)試驗(yàn)工況的實(shí)際情況列出最不利效應(yīng)計(jì)算值，并計(jì)算出與之相對(duì)應(yīng)的靜載試驗(yàn)效率系數(shù)ηq，靜載試驗(yàn)效率系數(shù)表如表2所示。

表2 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)表(KN·m)

在以上荷載量作用下，結(jié)構(gòu)承載力可以得到充分體現(xiàn)，且不至于對(duì)結(jié)構(gòu)造成新的損傷。

1.5 試驗(yàn)荷載及工況荷載布置

(1)試驗(yàn)荷載

該橋加載車(chē)的計(jì)算參數(shù)如表3所示。

表3 靜載試驗(yàn)加載車(chē)計(jì)算參數(shù)表

(2)工況荷載布置

壩頂工作便橋及倒車(chē)平臺(tái)各工況的加載及卸載情況如表4所示。

表4 靜載試驗(yàn)加載工況分級(jí)表

圖3～圖4為I級(jí)加載和II級(jí)加載示意圖。

圖3 I級(jí)加載示意圖(單位：m)

圖4 II級(jí)加載示意圖(單位：m)

1.6 試驗(yàn)程序

(1)預(yù)加載。在正式加載之前，首先要進(jìn)行一次預(yù)試驗(yàn)。用靜載加載車(chē)在壩頂公路便橋的12#和17#橋跨上反復(fù)來(lái)回行駛兩次，預(yù)壓試驗(yàn)橋跨，盡量消除所在橋跨的非彈性變形，以免試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性受到影響。在進(jìn)行了這項(xiàng)操作之后，加載車(chē)輛要停在試驗(yàn)區(qū)之外，以免對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有影響，使試驗(yàn)結(jié)構(gòu)不夠準(zhǔn)確。等到相關(guān)試驗(yàn)準(zhǔn)備工作全部完成之后，再進(jìn)行試驗(yàn)，讀取第一次空載的相關(guān)數(shù)據(jù)。

(2)試驗(yàn)程序：首先進(jìn)行測(cè)試主梁的靜止變形初讀數(shù)→然后進(jìn)行測(cè)試跨控制截面布載試驗(yàn)→再進(jìn)行測(cè)試截面的應(yīng)變及變形測(cè)試→之后進(jìn)行卸載→最后測(cè)試應(yīng)變計(jì)變形殘余。

(3)荷載分2級(jí)加載，1級(jí)卸載。

(4)在進(jìn)行靜載試驗(yàn)的過(guò)程中，不僅要取得準(zhǔn)確有效的試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)還要保證參與人員、各種儀器設(shè)備及橋梁的安全。因此，當(dāng)在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)馬上停止靜載試驗(yàn)并分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因。直到確認(rèn)能夠保證試驗(yàn)人員、儀器和橋梁的安全，才可以繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)。

(5)為了確保安全，在第一級(jí)加載后，對(duì)最大變位點(diǎn)、最大應(yīng)變點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

2 靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

壩頂工作便橋靜載試驗(yàn)在兩種不同工況下的截面應(yīng)變測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5～表6。

表5 工況I應(yīng)變測(cè)試結(jié)果(單位：με)

表6 工況II應(yīng)變測(cè)試結(jié)果(單位：με)

工況I的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.50、0.46、0.44、0.46，均小于1。工況II的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.43、0.46、0.46、0.37，均小于1。由以上結(jié)果表明：橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

工況I中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.08、0.10、0.06、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。工況II中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.00、0.00、0.00、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。由以上結(jié)果表明：橋梁殘余應(yīng)變比滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.2 撓度測(cè)試結(jié)果

壩頂工作便橋靜載試驗(yàn)在兩種不同工況下的截面撓度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7～表8。

表7 工況I撓度測(cè)試結(jié)果(單位：mm)

表8 工況II撓度測(cè)試結(jié)果(單位：mm)

工況I的靜載試驗(yàn)撓度測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2#～4#、7#～9#橋面的撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.39、0.41、0.43、0.48、0.48、0.38，均小于1。工況II的靜載試驗(yàn)撓度測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2#～4#、7#～9#橋面的撓度校驗(yàn)系數(shù)分別為0.38、0.39、0.37、0.39、0.40、0.35，均小于1。由以上結(jié)果表明：橋梁撓度校驗(yàn)系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。

工況I中2#～4#、7#～9#橋面的殘余變位比分別為0.10、0.08、0.06、0.08、0.10、0.08，均小于規(guī)范要求的0.2。工況II中2#～4#、7#～9#橋面的殘余變位比分別為0.03、0.06、0.07、0.07、0.08、0.12，均小于規(guī)范要求的0.2。由以上結(jié)果表明：橋梁殘余變位比滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 裂縫觀測(cè)結(jié)果

在整個(gè)靜載試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)跨的關(guān)鍵截面均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中橋梁未發(fā)現(xiàn)沒(méi)有異常現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

(1)工況I的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.50、0.46、0.44、0.46，均小于1。工況II的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.43、0.46、0.46、0.37，均小于1。由以上結(jié)果表明：橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。工況I中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.08、0.10、0.06、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。工況II中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.00、0.00、0.00、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。由以上結(jié)果表明：橋梁殘余應(yīng)變比滿(mǎn)足規(guī)范要求。工況I的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.50、0.46、0.44、0.46，均小于1。工況II的靜載試驗(yàn)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#～4#跨中截面的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分別為0.43、0.46、0.46、0.37，均小于1。由以上結(jié)果表明：橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求。工況I中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.08、0.10、0.06、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。工況II中1#～4#跨中截面的殘余應(yīng)變比分別為0.00、0.00、0.00、0.03，均小于規(guī)范要求的0.2。由以上結(jié)果表明：橋梁殘余應(yīng)變比滿(mǎn)足規(guī)范要求。在整個(gè)靜載試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)跨的關(guān)鍵截面均未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中橋梁未發(fā)現(xiàn)沒(méi)有異常現(xiàn)象。

由此可得，湘江土谷塘航電樞紐工程壩頂工作便橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能良好。

(2)靜載試驗(yàn)可以確定橋梁結(jié)構(gòu)在受到靜力荷載作用之后的各項(xiàng)性能參數(shù)具體值，通過(guò)其與設(shè)計(jì)要求的對(duì)比分析，可以確定橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)和安全狀況，從而為橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用及維修、管理等實(shí)際工作提供參考依據(jù)。