橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)在橋梁養(yǎng)護(hù)中的重要性及應(yīng)用實(shí)踐

方紹兵

云南通衢工程檢測(cè)有限公司，中國(guó)·云南 昆明 650041

1 引言

公路橋梁在運(yùn)行一段時(shí)間之后就會(huì)產(chǎn)生一定的磨損或損壞，影響公路橋梁的使用周期和使用安全性，需要對(duì)橋梁實(shí)施養(yǎng)護(hù)處理。想要順利開展養(yǎng)護(hù)工作，要運(yùn)用荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方式，分析橋梁承載能力的同時(shí)，還可以全面掌握橋梁建設(shè)狀況，以此來大幅度提升養(yǎng)護(hù)方案的科學(xué)性。論文對(duì)荷載試驗(yàn)在橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)的概述

2.1 概念

荷載試驗(yàn)檢測(cè)指的是在橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)用以及對(duì)使用情況分析中，將等效荷載施加到試驗(yàn)檢測(cè)區(qū)域的橋梁結(jié)構(gòu)中，經(jīng)過一段時(shí)間來對(duì)結(jié)構(gòu)的位移以及應(yīng)變等情況進(jìn)行分析。同時(shí)在橋梁位移以及應(yīng)變狀況的基礎(chǔ)上，對(duì)橋梁的穩(wěn)定性以及承載力展開探究，從而來綜合評(píng)定橋梁狀況[1]。

2.2 內(nèi)容

荷載試驗(yàn)檢測(cè)利用動(dòng)載、靜載試驗(yàn)檢測(cè)的方式，科學(xué)分析橋梁的承載力狀況。對(duì)動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)來講，重點(diǎn)分析橋梁的動(dòng)力荷載狀況，采用的手段以脈動(dòng)試驗(yàn)、跑車試驗(yàn)等為主，不單要掌握橋梁結(jié)構(gòu)脈動(dòng)時(shí)程數(shù)據(jù)、振動(dòng)響應(yīng)等，還要全面分析體系阻尼比以及沖擊系統(tǒng)等動(dòng)力特征。靜態(tài)試驗(yàn)檢測(cè)重點(diǎn)分析橋梁靜態(tài)荷載狀況，通常以橋梁結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度和剛度等為主[2]。

3 橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)在橋梁養(yǎng)護(hù)中的重要性

3.1 提高公路橋梁工程的使用壽命

由于經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，基礎(chǔ)公路橋梁建設(shè)數(shù)量也隨之增加，使得城市間的交通更加便捷。在公路橋梁建設(shè)和運(yùn)行中，養(yǎng)護(hù)工作是重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一，所以要利用科學(xué)有效的措施，為公路橋梁的正常運(yùn)行提供保障。公路橋梁在使用過程中，必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的磨損或損壞，若維修保養(yǎng)缺乏及時(shí)性，不單單會(huì)影響正常運(yùn)行，還會(huì)產(chǎn)生較大的損失。將荷載試驗(yàn)檢測(cè)引入其中，來系統(tǒng)化地監(jiān)測(cè)橋梁運(yùn)行的共振性能以及受力狀況，從而獲取公路橋梁承載力、通車性能等方面的完整數(shù)據(jù)[3]。這樣可以和公路橋梁保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面對(duì)比，確保問題被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采取針對(duì)性的措施來妥善解決問題，為公路橋梁結(jié)構(gòu)的加固和改善提供保障，進(jìn)而起到延長(zhǎng)公路橋梁工程使用壽命的效果。

3.2 加強(qiáng)公路通車的安全性

伴隨著生活水平的不斷提高，私家車的數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致公路橋梁使用頻率明顯增加。一方面，車輛的通行量明顯增大，使得公路橋梁所承受的荷載量明顯超過預(yù)期設(shè)計(jì)，致使一定的危害問題出現(xiàn)在公路路面之上，大幅度降低公路通車的安全性。另一方面，通常公路橋梁所處的環(huán)境都具有一定的復(fù)雜性，面臨各種各樣自然因素的侵蝕，導(dǎo)致公路橋梁質(zhì)量安全受到嚴(yán)重影響[4]。面對(duì)這些問題，需要及時(shí)有效地開展荷載試驗(yàn)檢測(cè)以及保養(yǎng)工作，既可以對(duì)橋梁質(zhì)量隱患進(jìn)行預(yù)防，又保證公路橋梁的安全性，進(jìn)而為出行安全率的提升提供保障。

4 荷載試驗(yàn)的分類以及檢測(cè)對(duì)象的選擇

4.1 荷載試驗(yàn)分類

4.1.1 動(dòng)載試驗(yàn)分析

動(dòng)載試驗(yàn)對(duì)“動(dòng)”進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，該檢測(cè)手段依托于現(xiàn)代化技術(shù)，來對(duì)動(dòng)態(tài)因素在公路橋梁方面的影響進(jìn)行全面分析。同時(shí)在車輛沖擊力和共振的作用下，來科學(xué)判斷橋梁的結(jié)構(gòu)，以此來完成橋梁在通車狀況下的受力狀況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等分析工作。在檢測(cè)的時(shí)候，若橋梁結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)變化，則會(huì)為后期維修以及保養(yǎng)工作提供重要支持，進(jìn)而大幅度提升公路橋梁的安全系數(shù)[5]。

4.1.2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)主要對(duì)“靜”進(jìn)行重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，其指的是將一定程度的靜力作用在公路橋梁之上，來觀察橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及受力狀況。因此，在開展靜載試驗(yàn)時(shí)，要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加一定的靜力作用，然后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變形狀況和應(yīng)力情況進(jìn)行重點(diǎn)觀察，之后對(duì)比檢測(cè)數(shù)據(jù)和理論成果數(shù)據(jù)[6]。在該過程中，衡量公路橋梁受力特征的主要指標(biāo)之一為校驗(yàn)系數(shù)，這樣在公路橋梁實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可以為相應(yīng)的承載能力提供數(shù)據(jù)參考。

4.2 荷載試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象的選擇

公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)工作進(jìn)行全面開展時(shí)，應(yīng)該對(duì)相關(guān)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行科學(xué)選擇。通常在選擇荷載試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象時(shí)，應(yīng)該對(duì)以下原則進(jìn)行全面遵守：第一，在選擇對(duì)象時(shí)，通常要將通車時(shí)間長(zhǎng)、無法全面掌握相關(guān)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的公路橋梁為主。第二，所選的對(duì)象要具有明顯的代表性，以此來對(duì)公路橋梁的整體運(yùn)行狀況以及結(jié)構(gòu)性能等進(jìn)行全面凸顯。第三，在開展荷載檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，所選對(duì)象可以為相關(guān)部門提供后續(xù)的養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)，如養(yǎng)護(hù)部門或管理部門，甚至要明確存在的潛在問題，以此來為后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐。第四，開展該項(xiàng)工作時(shí)，應(yīng)該將公路橋梁承載力的分析判斷工作當(dāng)成重點(diǎn)，并完成統(tǒng)計(jì)橋梁運(yùn)行后的各種變化狀況。同時(shí)對(duì)橋梁表面裂縫和結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行對(duì)比，來全面掌握橋梁的變化系數(shù)。當(dāng)系數(shù)得到明確之后，相關(guān)管理部門則會(huì)有效干預(yù)橋梁的運(yùn)行狀況，采用控制車流量的方式，來對(duì)橋梁實(shí)施保護(hù)，進(jìn)而為后續(xù)的維修保養(yǎng)提供便捷性[7]。

5 橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)在橋梁養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用實(shí)踐案例

5.1 工程簡(jiǎn)介

論文以某公路橋梁為主，該試驗(yàn)橋梁右幅全長(zhǎng)為245.59m，右幅起止點(diǎn)樁號(hào)為K5+213.21～K5+458.83。橋梁左幅全長(zhǎng)是168.91m，寬度大約是19.15m，左幅起止點(diǎn)樁號(hào)為K5+289.88～K5+458.83。橋梁上部結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁為主，主要由等截面普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁和變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)由空心薄壁墩和雙柱墩以及重力式U形橋臺(tái)所構(gòu)成。橋面鋪裝表層以細(xì)粒式改性瀝青混凝土為主，厚度達(dá)到700cm，中間層是防水層，基礎(chǔ)層是聚丙乙烯纖維混凝土，厚度在10cm即可。整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)荷載為城-A級(jí)，人群荷載為3.5kN/m2。

5.2 檢測(cè)過程

在對(duì)靜載試驗(yàn)檢測(cè)法進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，應(yīng)該對(duì)加載車輛的單軸重量、前后軸車軸間距以及車輛總重量等進(jìn)行事前標(biāo)定。在夜間進(jìn)行檢測(cè)，這樣能夠使溫度變化所產(chǎn)生的影響降到最低，并在測(cè)試截面的各個(gè)梁底都粘貼上2個(gè)應(yīng)變片。同時(shí)在馬蹄部和梁頂部分別粘貼1個(gè)應(yīng)變片，將4個(gè)應(yīng)變片粘貼在T梁中。另外，通過吊表法將1個(gè)撓度百分表安裝到測(cè)試截面的各個(gè)梁底，以此來對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行全面讀取。并在試驗(yàn)計(jì)算最大加載重量的0.2～0.3倍下，完成橋梁試驗(yàn)跨1/2截面的預(yù)加載工作。預(yù)加載完成后，要在偏載加載、孔跨中截面對(duì)稱加載的狀況下，提前準(zhǔn)備4輛加載車輛，該車輛的質(zhì)量為40t。之后對(duì)橋梁中梁1/2縱向截面實(shí)施檢驗(yàn)，有利于獲取該截面的抵抗荷載所產(chǎn)生的抗彎剛度以及最大正彎矩。需要注意的是，上一級(jí)荷載結(jié)構(gòu)變位穩(wěn)定以后才可以實(shí)施下一級(jí)荷載加載，穩(wěn)定時(shí)間控制在0.5h之上比較適宜，從而來更好地獲取荷載加載讀數(shù)。除此之外，也可以將試驗(yàn)橋梁應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)和撓度校驗(yàn)系數(shù)與相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)結(jié)構(gòu)變位和應(yīng)變狀況展開科學(xué)判斷。

在對(duì)動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)法進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要具體應(yīng)用以下方法來完成試驗(yàn)：第一，脈動(dòng)試驗(yàn)過程中，在保證橋梁表面不存在交通荷載的同時(shí)，附近也不存在無規(guī)則振動(dòng)源，僅僅在橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，檢測(cè)由于隨機(jī)荷載激振的存在，所引起的橋梁所處位置結(jié)構(gòu)的輕微水平振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程。此外，還要全面剖析結(jié)構(gòu)脈動(dòng)時(shí)程數(shù)據(jù)，以此來對(duì)試驗(yàn)橋梁自身頻率進(jìn)行有效獲取。第二，開展跳車試驗(yàn)時(shí)，提前準(zhǔn)備1輛質(zhì)量為30t的試驗(yàn)車。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)橋梁主橋跨中位置進(jìn)行處理，不單單要進(jìn)行下落后輪，還要墊上一塊方木，厚度約為0.15m。通過車輛后輪下落的方式，來產(chǎn)生一定的瞬時(shí)沖擊，以此來引發(fā)橋梁出現(xiàn)上下振動(dòng)的現(xiàn)象，這樣可以對(duì)橋梁梁部縱向1/2截面位置的最大動(dòng)撓度值或相應(yīng)激振頻率進(jìn)行有效獲取。第三，跑車試驗(yàn)過程中，也要提前準(zhǔn)備1輛或2輛質(zhì)量為30t的試驗(yàn)車，讓試驗(yàn)車輛按照指定速度均勻駛過試驗(yàn)橋梁，速度可以設(shè)定成15km/h、20km/h等。當(dāng)速度存在差異時(shí)，車輛行駛速度的激發(fā)激振力以及橋梁結(jié)構(gòu)固有頻率水平大致相同，此時(shí)振動(dòng)響應(yīng)值也處于最大值。

5.3 檢測(cè)結(jié)果

靜載撓度以及應(yīng)變實(shí)測(cè)值如表1所示，當(dāng)處于偏載加載以及孔跨中截面對(duì)稱加載情況下，撓度校驗(yàn)系數(shù)分別是0.402和0.397，與相同類別的橋梁相比都偏小，這說明試驗(yàn)橋梁的剛度和抗變形能力都較強(qiáng)。分析應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)可知，該系數(shù)比同類橋梁的系數(shù)略大，這說明在實(shí)際運(yùn)行中，橋梁承載能力呈現(xiàn)下滑的趨勢(shì)，但當(dāng)前的承載能力依然較強(qiáng)，依然還是要制定適宜的養(yǎng)護(hù)方案。

表1 靜載撓度及應(yīng)變實(shí)測(cè)值均值

當(dāng)試驗(yàn)橋梁實(shí)施脈動(dòng)、跑車以及跳車操作時(shí)，截面動(dòng)撓度的最大值會(huì)保持在規(guī)定范圍之內(nèi)，并且上下部結(jié)構(gòu)的主梁殘余應(yīng)變都低于20%。此時(shí)說明試驗(yàn)橋梁與設(shè)計(jì)要求基本吻合，并具有充足的安全儲(chǔ)備，上部處于彈性工作狀態(tài)，目前無需開展養(yǎng)護(hù)工作。動(dòng)載測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)處于15km/h、20km/h、25km/h速度時(shí)，自振頻率會(huì)比計(jì)算數(shù)值要大，這說明橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度明顯大于設(shè)計(jì)剛度，同時(shí)不單單具備良好的安全儲(chǔ)備和運(yùn)行狀態(tài)，行駛時(shí)也不會(huì)危及主梁發(fā)生結(jié)構(gòu)安全共振，不需要施加額外的保養(yǎng)。

表2 動(dòng)載檢測(cè)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

從論文的論述中可知，在橋梁養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用荷載試驗(yàn)檢測(cè)具有重要的意義，不單單能夠延長(zhǎng)公路橋梁的使用周期，還可以為公路橋梁通行的安全性提供保障。想要達(dá)到這樣的目標(biāo)，需要對(duì)荷載試驗(yàn)檢測(cè)的應(yīng)用當(dāng)成重點(diǎn)來不斷探究，確保其作用得到充分體現(xiàn)，進(jìn)而為橋梁工程的健康發(fā)展提供保障。