桥梁检测中的静载试验研究

2011-01-15吴建奇郑晓张婷婷

铁道建筑 2011年2期

关键词：受力布置荷载

吴建奇，郑晓，张婷婷

(1.江西理工大学环境与建筑工程学院，江西赣州 341000;2.江西理工大学经济管理学院，江西赣州 341000; 3.山东建筑大学土木工程学院，济南 250101)

桥梁检测中的静载试验研究

吴建奇1，郑晓2，张婷婷3

(1.江西理工大学环境与建筑工程学院，江西赣州 341000;2.江西理工大学经济管理学院，江西赣州 341000; 3.山东建筑大学土木工程学院，济南 250101)

桥梁检测是保证桥梁安全运营的重要手段。在所有桥梁检测项目中，静载试验能够了解桥梁实际工作状态和承载能力，提供直接可靠的应力应变数据。本文结合西厂沟桥梁检测的实际案例，着重分析静载试验的设计以及工况设置，为以后桥梁检测中的静载试验提供一些参考。

桥梁检测静载试验布置方案工法设置

1 工程概况

桥梁的静载试验是将静荷载作用在桥梁的指定位置，测定桥梁结构的应力、应变、挠度。它是了解桥梁实际工作状态和承载能力的直接手段，能够掌握一些理论上难以计算的部位的受力状态，判别桥梁的安全承载能力，还能够发现一般检查和检测中难以发现的隐蔽病害。通过静载试验可掌握被检测桥跨结构在设计荷载作用下的实际工作性能，对桥梁结构做出总体评价，为桥梁的维护、改建、加固提供依据。

西场沟中桥位于内蒙古达拉特旗境内，为德萨线(德胜西—萨拉齐)上的一座主要桥梁。桥梁全长52 m，两跨跨度均为20 m。上部结构为20 m预应力混凝土空心板，下部结构为二柱式墩，肋式台，钻孔灌注桩基础。桥梁的设计标准是:①设计荷载:公路Ⅱ级汽车荷载;②桥面宽度:净9 m+2×0.5 m;③设计洪水位100年一遇;④抗震设防烈度为8度;⑤地质情况:典型粉砂土地基。

2 静载试验

2.1 试验内容及目的

作为桥梁结构整体检测的一种，静载试验将静止的荷载作用在桥梁的指定位置，对桥梁的静力位移、静力应变、裂缝等参数进行测试，从而对桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力作出评价。通过静载试验:①掌握大桥重要部位在设计荷载以及车载作用下的应变情况，实测控制截面的应变分布规律以及荷载作用下的桥梁变形情况，判断桥梁的实际工作状况是否符合设计要求或是否处于正常受力状态;②通过实测数据与理论计算值的比较，检测桥梁结构设计与施工质量，对桥梁的承载能力及工作状况做出综合评价;③为桥梁维护、加固和改造提供依据，指导桥梁的正确使用和养护、维修。

静载试验的主要检测项目包括以下几个方面:①结构控制截面的挠度或变位;②结构控制截面的最大应力(应变);③结构在偏载作用下的影响系数。

2.2 检测方案

检测方案主要包括检测孔选择、静载布置方案、工况设置以及测点布置。检测孔的选择主要综合考虑以下几个条件:①该孔(或墩)计算受力最不利;②该孔(或墩)施工质量较差，缺陷较多或病害较严重;③该孔(或墩)便于搭设脚手架及设置测点或试验时便于加载。经过综合考虑，本工程选择第二孔作为检测孔。

2.2.1 静载布置方案

首先根据加载原则、桥梁荷载控制断面的弯矩影响线以及桥梁设计标准，确定静载布置方案。静载布置方案要做到全面、细致，能够较好地反应桥梁的主要内力控制截面的受力情况以及实际交通状况。加载原则是静载布置方案的主要控制标准，《大跨径混凝土桥梁的试验方法》中对加载原则的规定是:静力试验荷载的效率系数应达到0.85～1.05，静力试验荷载的效率系数为试验弯矩值与设计弯矩值之比值。

本文中桥梁检测使用的静载布置方案如图1所示。静载布置方案首先要能全面反应桥梁在各种静载情况下的受力情况，图1(a)，图1(b)，图1(c)，图1 (d)分别反映了桥梁在正载、偏载、左侧行车、右侧行车时的受力情况;其次要能够反应桥梁主要应力集中部位的受力情况，如图1(e)，图1(f)即反映了桥梁盖梁顶部(应力主要集中处)的受力情况;再次，静载布置方案中的荷载必须达到加载原则的标准。

图1 静载布置方案(荷载单位:kN)

2.2.2 工况设置

根据静载布置方案，设定各种可能工况并进行检测试验。

1)工况一采用2台300 kN试验加载车进行加载，加载阶段根据工况不同分别分为二级加载，并逐级卸载回零。该工况为两个加载车作用在桥孔的两个车道中部，桥梁中心线(即两车道之间)没有荷载，属正载。各级加载车位详见图2。

2)工况二采用2台300 kN试验加载车加载，该工况为一个荷载车作用在车道中部，一个荷载车作用在桥梁中心线，属偏载。加载车位见图3。

3)工况三采用2台300 kN和2台200 kN试验加载车加载，两个300 kN荷载车作用于两个车道中部，两个200 kN荷载分别作用于桥梁该孔的2号台和0号台处，这种工况模拟有行车且荷载均匀的情况，属正载加左右行车。加载车位见图4。

图2 工况一加载布置

图3 工况二加载布置

图4 工况三加载布置

4)工况四采用2台300 kN和2台200 kN试验加载车加载，两个300 kN荷载一个作用于车道中部，一个作用于桥梁中心线;两个200 kN荷载分别作用于桥梁该孔的2号台和0号台处，这种工况模拟有行车、且荷载不均匀的情况，属偏载加左右行车。加载车位见图5。

图5 工况四加载布置

2.3 静载评定依据及评定结果

2.3.1 评定依据

1)校验系数是评定结构工作状况、评定桥梁承载能力的重要指标，校验系数η等于实测值与理论值的比值。一般要求结构校验系数η≤1，η值越小结构安全储备越大。η值过大过小都应该从多方面分析原因。η过大表明结构材料强度较低，结构各部分连接性差，结构刚度较低等;η过小表明结构材料实际强度及弹性模量较高，桥面与主梁共同受力，支座摩阻力对结构受力影响有利，结构计算偏于安全等。

2)相对残余变位(或应变)越小说明结构越接近弹性工作状况，一般要求相对残余应变(位移)≤20%。当该值>20%时，应查明原因，并在结构评定时酌情降低桥梁的承载能力。

2.3.2 试验结果的分析

主要从以下三个方面进行分析:①实测应变与理论计算值进行比较;②分析实测挠度最大值是否超出分析值范围，通过计算分析应变、挠度校验系数是否满足要求;③分析挠度残余值是否满足要求，从而判别结构恢复弹性变形的能力。