摘要：本文主要結(jié)合本工程實(shí)例，根據(jù)工程實(shí)例闡述了靜動載試驗檢測在公路橋梁中的操作方法， 并對試驗荷載載重和加載位置的測點(diǎn)布置、荷載工況等各方面作了分析。
關(guān)鍵詞：動載試驗;工程實(shí)例;靜載試驗;試驗方案
Abstract: Combining with this engineering example, this paper explains the operation method of static dynamic load test in highway bridge, and analyses the test load bearing capacity and the load measure point layout, load condition and such other various aspects.
Keywords: dynamic load test; engineering example; static load test; testing program
中圖分類號 :U441+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
1 靜載試驗
橋梁的靜載試驗是將靜止的荷載作用在橋梁指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量進(jìn)行測試，從而對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力作出評價。
1. 1 靜載試驗一般步驟
1)在外觀上來檢測基礎(chǔ)上要選擇橋梁施工質(zhì)量較差、缺陷較多或病害相對嚴(yán)重且計算受力最不利的孔或墩為荷載試驗孔，并實(shí)際測量其構(gòu)件的基本尺寸，材料特性。
2)通過建模計算來確定試驗加載方案，主要包括試驗荷載載重和加載位置的確定以及測點(diǎn)布置、荷載工況等。
3)根據(jù)加載方案的現(xiàn)場加載，使用靜態(tài)應(yīng)變來測試系統(tǒng)采集橋梁在試驗荷載作用下的實(shí)測應(yīng)變及撓度值。
4)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，將實(shí)測值與理論計算值進(jìn)行比較，通過校驗系數(shù)確定該橋的承載力是否滿足設(shè)計要求。
1. 2 靜力試驗荷載確定原則
就某一加載試驗項目而言，其加載位置、載重量的確定原則為試驗荷載作用下產(chǎn)生的該試驗項目如內(nèi)力、位移等的最不利效應(yīng)值達(dá)到根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下(考慮沖擊系數(shù))產(chǎn)生的最不利效應(yīng)值的0.85～1.05[2]之間。
1. 3 靜載試驗結(jié)果分析與評價
校驗系數(shù)η 是橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗的主要評價指標(biāo)。所謂校驗系數(shù)，是指某一測點(diǎn)處靜載的實(shí)測值與理論計算值的比值。當(dāng)η= 1 時，說明實(shí)測值與理論值完全相符;當(dāng)η<1 時，說明結(jié)構(gòu)工作性能良好，有安全儲備;當(dāng)η>1 時，說明結(jié)構(gòu)工作性能差，安全儲備不足。在文獻(xiàn)及中均給出了常見橋梁校驗系數(shù)的常值范圍。
2 動載試驗
橋梁的動載試驗是使用某種激振方法來激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動，然后測定其固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)等各種參量，從而也就可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)的整體剛度、行車性能。一般包括脈動試驗、跑車試驗等。脈動試驗是在橋面無任何荷載的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于風(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)微幅振動響應(yīng)。主要測定頻率、振型和阻尼比等振型參數(shù);跑車試驗是在橋面無任何障礙的情況下，試驗車輛以20、30、40、50 km/h 等的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車輛荷載作用下的動力響應(yīng)。
3 工程實(shí)例
3. 1 工程概況
浙江某橋梁路上的一座鋼筋混凝土簡支空心板橋，跨徑9 m，共2 跨;橋梁全長29.24 m，全寬10 m;上部結(jié)構(gòu)橫斷面為10 塊空心板，板寬1 m;橋面布置為：1.5 m 人行道+7 m 行車道+1.5 m 人行道;設(shè)計荷載為汽車—20。
3. 2 理論計算分析
運(yùn)用有限元分析軟件Midas 對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論計算分析，采用梁格法建立模型。同時采用引入荷載橫向分布系數(shù)的方法兩者進(jìn)行校核，二者差別較小。
3. 3 試驗方案
3. 3. 1 靜載試驗
1)荷載工況。
根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，確定檢測斷面及其控制內(nèi)力為跨中截面的正彎矩，車輛縱向按測試截面內(nèi)力影響線布置，且荷載試驗中車輛的橫向布置一般取對稱于橋面中心線布置的中載和距人行道或安全帶0.5 m 的偏載
2) 個工況進(jìn)行。
再考慮到加載車輛的特性，實(shí)際試驗中采用2 輛單輛總重約35 t 的載重車加載作為靜力試驗荷載，試驗加載車前軸與中軸間距為380 cm，中軸與后軸間距為134 cm，軸寬為187 cm。試驗中荷載工況見表1。試驗過程分5 級加載，正式加載前先預(yù)加載。
表1 靜載試驗工況及測試項目
檢驗跨中截面在試驗荷載作用下的最大正彎矩和豎向撓度效應(yīng)的對稱加載試驗。應(yīng)變、撓度0.88
檢驗跨中截面在試驗荷載作用下的最大正彎矩和豎向撓度效應(yīng)的偏心加載試驗。應(yīng)變、撓度0.88
2)測點(diǎn)布置。
①應(yīng)變測點(diǎn)布置：在受力最不利主梁的跨中截面受拉區(qū)域相應(yīng)位置鑿除局部混凝土保護(hù)層，應(yīng)變測點(diǎn)均布設(shè)在受力主筋上，共計6 個。
②撓度測點(diǎn)：撓度量測采用電測位移計，在各個主梁的跨中及兩端支點(diǎn)截面各布置1 個垂直方向的位移計，共計21 個。
3. 3. 2 動載試驗
動載試驗包括脈動試驗及跑車試驗，其中脈動試驗采用在橋面兩側(cè)布置振動傳感器的方法進(jìn)行量測;跑車試驗則將一輛試驗車輛分別以20、30、40、50 km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測定其動力沖擊系數(shù)。
3. 4 試驗結(jié)果分析
3. 4. 1 撓度
由表2 及表3 的結(jié)果可知：各工況實(shí)測撓度均小于相應(yīng)的理論計算值，撓度校驗系數(shù)滿足文獻(xiàn)[3]規(guī)定的常值范圍(0.2～0.5)之間。梁體相對殘余變位均小于規(guī)定值20 %。
表2 工況Ⅰ試驗滿載時實(shí)測撓度值與計算值的比較
梁號 滿載實(shí)測/ 滿載計算/ 校驗 相對殘余
mm mm 系數(shù) 變形/% |
1 0.70 3.02 0.23 6.7
2 0.90 3.26 0.28 6.3
3 1.06 3.57 0.30 4.9
4 1.21 3.78 0.32 5.5
5 1.29 3.94 0.33 11.1
6 1.61 3.94 0.40 4.7
7 1.32 3.78 0.35 3.0
8 1.18 3.57 0.33 4.2
9 1.02 3.26 0.31 3.3
10 0.81 3.02 0.27 7.1
表3 工況Ⅱ試驗滿載時實(shí)測撓度值與計算值的比較
梁號 滿載實(shí)測/ 滿載計算/ 校驗 相對殘余
mm mm 系數(shù) 變形/% |
1 0.97 3.36 0.29 1.0
2 1.11 3.65 0.30 2.7
3 1.23 3.82 0.32 0.8
4 1.30 3.91 0.33 5.1
5 1.41 4.02 0.35 6.4
6 1.52 3.82 0.40 3.6
7 1.19 3.63 0.33 5.6
8 1.17 3.34 0.35 4.2
9 0.91 2.93 0.31 3.9
10 0.82 2.74 0.30 2.4
3. 4. 2 應(yīng)變
由表4 及表5 結(jié)果得知：實(shí)測的跨中截面鋼筋拉應(yīng)變校驗系數(shù)在0.20～0.25 之間，滿足文獻(xiàn)[3]規(guī)定的常值范圍(0.2～0.4)之間。
表4 實(shí)測跨中截面鋼筋應(yīng)變與計算值的比較
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工況Ⅰ 測點(diǎn)1 測點(diǎn)2 測點(diǎn)3 |
滿載實(shí)測 78.71 85.48 86.50
滿載計算 390.45 425.97 425.97
結(jié)構(gòu)校驗系數(shù) 0.20 0.20 0.20
相對殘余變形/% 12.4 6.7 0.0
3. 4. 3 裂縫
在各工況分級加載時，通過對板梁跨中截面橫向裂縫的觀測，發(fā)現(xiàn)梁底裂縫的開展情況不是很明顯。
表5 實(shí)測跨中截面鋼筋應(yīng)變與計算值的比較
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工況Ⅱ 測點(diǎn)1 測點(diǎn)2 測點(diǎn)3 |
滿載實(shí)測 89.90 109.90 81.41
滿載計算 413.67 431.25 405.92
結(jié)構(gòu)校驗系數(shù) 0.22 0.25 0.20
相對殘余變形/% 10.1 7.7 7.0
3. 4. 4 頻率及沖擊系數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率實(shí)測結(jié)果見表6。
表6 鵝房橋結(jié)構(gòu)自振頻率實(shí)測結(jié)果表
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階數(shù) 實(shí)測頻率/Hz 計算值/Hz |
1 階 7.84 6.94
按文獻(xiàn)[3]中計算方法，跑車試驗中測得控制截面的最大動撓度與相應(yīng)的靜撓度相比，得到?jīng)_擊系數(shù)為1.25。此外按文獻(xiàn)[4]的規(guī)定，可求得結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)理論值為1.27。
4 結(jié)論
1)鵝房橋的實(shí)測沖擊系數(shù)1+ μ 為1.25;實(shí)測一階自振頻率為7.84 Hz，基頻實(shí)測值大于理論計算值，結(jié)構(gòu)動力特性滿足要求。
2)由靜力試驗測試結(jié)果可知：鵝房橋在工況Ⅰ及工況Ⅱ作用下，跨中截面實(shí)測撓度、應(yīng)變均小于相應(yīng)的理論計算值，校驗系數(shù)滿足文獻(xiàn)中規(guī)定的常值范圍，且加載過程中，車輛荷載對裂縫的開展影響不是很明顯;主梁承載能力滿足設(shè)計荷載(汽車—20 級)的要求。試驗結(jié)果表明，該橋具有一定的整體強(qiáng)度及剛度，承載能力能夠滿足設(shè)計要求。
參考文獻(xiàn)：
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