桥梁检测中的静载试验研究

2023-01-08张金凤同济检测济宁有限公司

门窗 2022年7期

张金凤同济检测（济宁）有限公司

李颖山东东汇工程检测鉴定有限公司

1 前言

公路桥梁的建设不仅能够为人们的日常出行提供便利，还能够促进区域经济的良性发展，因此，必须加大对公路桥梁的关注度。随着经济水平的不断提高，人们对于公路桥梁建设质量也提出了更高的要求，为了能够确保工程项目建设的总体水平，必须对公路桥梁展开严格的试验检测，以此保证工程项目建设质量，促进我国经济水平的稳步增长。

2 公路桥梁静载试验作用

我国目前已经建造了具有国际水平的桥梁，同时也不断涌现出较多的新型桥梁，桥梁荷载试验主要有以下两个目的。

2.1 鉴定新建桥梁

将新建桥梁质量评定工作落实到位，需要应用有效的试验方法，对桥梁关键质量指标进行测试，之后通过得到的有关资料，客观评定新建桥梁的质量。通过试验检测获得的各项评定数据和结论，能够保证工程项目建设的总体质量，促进交通工程建设的顺利进行。

针对新建桥梁进行严格的评定，也能为后续的运营和维护提供可靠的数据支持，延长公路桥梁使用寿命。随着科学技术的不断增长，越来越多的新型技术手段应用到工程项目中，也在一定程度上促进了公路桥梁检测工作的顺利发展，同时，也能够更好地满足新时代对于公路桥梁建设的具体要求。

2.2 鉴定既有桥梁承载力

以往建成的桥梁由于技术不如当前，其设计的荷载难以适应当前交通发展的要求。需要根据目前交通需求，通过试验的形式了解桥梁实际承载力，且之后进行加固改建。因此，检测意义非常重要。

针对公路桥梁开展试验检测时，通过静载试验能够更加清晰地了解该工程项目具体的承载能力，防止由于长时间受力过大而引发质量问题，威胁到人们的正常出行。对于重要的桥梁而言，不但要对其进行日常维护保养工作，每间隔几年还要做全面测试鉴定。

车辆在行驶过程中会加大对路面的荷载，致使桥面出现断裂坍塌的危险。桥梁在运行时，不可避免地会遭遇大雪以及雷电天气，自然灾害、人为破坏以及冲击荷载等，会在不同程度破坏桥梁的结构。这就需要对受损桥梁进行鉴定，了解桥梁的实际受损程度，进而针对性地采取有效养护或是维修手段。

根据试验检测结果，判断公路桥梁的承载力，从而对路面加以改造，经过试验检测获得的数据，能够为工程建设提供可靠数据支持，还能够为后续的维护提供依据。所以，针对公路桥梁展开试验检测具有非常重要的意义。

3 静载试验检测方法

利用静载试验能够得到桥梁的具体数据，通过这些数值，对当前桥梁抗裂性能、结构强度值以及刚度指标进行判断，进而能够反映桥梁具体承载能力。开展试验检测主要有以下几项工作。

3.1 试验准备

第一，认真检查静载试验过程中使用的各种仪器设备，确保设备处于正常的运行状态，保证各项设备都能够准备齐全。在试验过程中使用到的设备，主要包括应变测试仪器、钢筋扫描仪、形变测试仪、回弹仪、钢尺、钢卷尺、电锤等，这些都是试验中必须用到的仪器设备。

第二，全面检查静载试验中使用到的各种图纸，主要包含设计图纸、施工图纸以及后续的变更图纸等。针对公路桥梁进行静载试验，需根据图纸内容确定应变片的实际位置，然后认真勘察静载试验现场，进一步明确公路桥梁的具体组织结构。只有这样，才能够保证静载试验过程中各项数据都具备事实依据，保证相关数据的真实性和准确性。

第三，在正式开始试验之前，还要做好工作人员的调配工作，确保每一个岗位都有专门负责人，保证静载试验的顺利进行。

3.2 制定静力加载方案

静载试验过程中，确定加载方案也具有十分重要的意义。主要包含加载荷载量、持续时间、加载设备、卸载程序等，加载设备主要包括重物和加载车辆，一般重物有预制混凝土件、沙袋、水箱等。一般来说，主要应用于桩基承载力的试验检测中，能够更好地满足不同试验的具体要求。

车辆装载试验主要将其用于成桥静载试验中，保证轴距和荷载误差控制在5%以下。试验检测过程中，需要根据荷载总量使用分级加载的方式，确定好加载时间、加载量以及具体的卸载程序，保证应变曲线的连续性。通常，分级加载应不小于4级。

在卸载过程中，还应该对整个环节加大监管力度，及时发现试验检测中存在的问题，防止影响到最终的结果。为了能够尽量降低温度对静载试验产生的影响，会选择22点～6点进行试验，这样能够将影响降至最低。

3.3 控制荷载

公路桥梁实际运行过程中，所承受的日常荷载主要包括人群汽车以及货运汽车等。确定这些荷载时，可以通过不同种类的荷载计算，确定公路桥梁的控制截面产生的荷载，从而计算出最不利内力，这就是针对工程项目进行静载试验时需要控制的荷载强度。确定荷载大小以及具体的加载位置时，要认真考虑静载试验可能产生的效率，大部分值都应该保证在0.8～1.05之间。

此外，试验过程中，季节因素也会对试验结果产生一定影响。由于季节的变化开展静载试验时，所得的数据通常会存在一定的误差，季节、温度等变化也会影响到试验结果，导致最终的数据不够准确。所以，针对公路桥梁进行静载试验时，应尽量选择温度和季节都相对比较稳定的时候进行检测。

3.4 控制加载时间

桥梁静载试验的过程中，需要严格把控加载时间，桥梁中荷载的施压时间不超过5min，在加载时，要了解桥梁表面、试验指标数据的变化等。

3.5 监控加载过程

进行静载试验时，要严格监控整个试验过程，薄弱位置及结构控制点是监控的重点内容，将检测获取的结果尽快传递给现场指挥人员，将其当作控制加载的数据资料。另外，还要把计算结果和监控结果进行对比，查看检测值并了解其变化情况，若有严重的问题，需要即刻暂停加载。完成静载试验后，需要从下面三点上对试验获取的结果展开分析。其一，对比分析理论值和实测应变，查看两者间的差别，若是差别很大，需要找出差别的原因。其二，对实测最大挠度值是否高于分析确定的区间展开分析，且将挠度校验系数、应变系数等是否符合有关要求进行分析计算。其三，分析挠度残余值与设计要求相符与否，进而判断其恢复弹性变形能力。

3.6 试验结果

结合工程项目建设的具体要求，完成静载试验以后，应分析试验所获得的相关数据。针对试验结果展开分析时，可以使用数据分析和对比试验过程的实际状况，判断公路桥梁结构能否满足安全通车的具体要求。一般在静载试验时，对于箱梁结构进行检测，主要以控制检测系数为主。在实际操作过程中，必须严格按照工程项目建设的具体要求以及相关标准，确定检测指标。

4 桥梁静载试验注意事项

由于项目系统自身具有特殊性，在应用时期要重视注意事项，从当前静载试验管理方面着手，将系统设计和评估工作落实到位。由于影响因素较多，需要根据流程来检验与检查。下面分析有关桥梁静载试验的注意事项。

4.1 提前设定静载试验指标

在试验过程中若采用载重汽车加载设定，在设计桥梁加荷载时，需分析工况，卸载之后，防止同时启动多辆加载车。另外，还需要对其管理统一，编号与标定所有车辆，在条件允许的情况下，称重加载车辆。设定系统指标的过程中，需要分析静载测量指标，结合设定值和误差值要求，控制观测点，由于位移测量系数改变，要控制测量误差在5%左右，根据观测站和观测点位置，将导线准备好，并控制其长度，若导线被损坏，须及时更换，防止影响系统设定。

4.2 选定系统

分析试验检测的具体要求，重点在于系统检测。要使仪器完整性得以保证，必须登记标号，若在条件允许的情况下，需将车辆的轴重以及总重计算出来。若是没有条件，可通过压力传感器进行测量，调整轴重之后，根据分级加载工况要求做标记。鉴定新建桥梁质量，能够便于桥梁后续管理与使用。

5 案例分析

5.1 项目概况

简支桥梁的梁片基本为按批次生产的预制构件，施工过程中常会遇到梁片预拱度不足、强度不足、构件存放过久等问题，因此对梁片的质量存在疑问。梁片的静载试验可以直观地反映梁片实际承载能力是否满足设计要求。避免了桥梁架设、铺装完成后再实施成桥荷载试验，而试验结果不满足要求的窘境。

但因施工现场的加载条件差异，梁片加载存在诸多不便利。在此就某工程项目2#桥的空心板静载试验实例，探讨以汽车荷载加载梁片静载试验的方法。

2#桥桥梁上部结构仍采用5m×20m预应力混凝土简支空心板，空心板桥的横断面布置7片，其中2片边梁，梁高95cm，梁宽150cm；5片中梁，梁高95cm，梁宽124cm。梁板已经施工完成，因客观因素，梁板架设完成后未能及时进行下一步施工。业主对该桥梁板质量存疑，所以需要对该桥梁片进行外观、预拱度及静载试验检测。

5.2 静载检测加载方案

梁体外观完好，未见明显病害；梁体设计预拱度8mm，各梁实测预拱度在2mm～12mm之间，选取预拱度最小的梁体5-3#梁（中梁）进行静载试验。

（1）控制荷载计算。经过对8.5m 桥宽梁片布置的荷载横向分布分析，计算得到边梁和中梁在恒载（二期）和活载（车道荷载）作用下的内力，确认20m简支空心板在横断面布置为10.0m 宽（0.5m 防撞墙+9.0m 车行道+0.5m 防撞墙）时，中梁跨中组合弯矩值最大，控制弯矩为1076.5kN·m。

（2）测点布置。根据简支梁桥受力特点并参照公路桥梁荷载试验规程，选取主梁的L/2截面作为应变测试截面；选取测试梁片的L/4截面、L/2截面、3L/4截面作为挠度测试截面，并在支点位置设置支点沉降测点。

（3）等效荷载加载方案。经过计算确定，荷载布置按照三轴汽车轴距单边轮布置于试验梁上，采用总重约560kN 的三轴加载试验车，前轴重约112kN，中轴、后轴重均约为448kN；试验时仅总重的一半荷载加载在试验梁上，试验荷载总重为280kN，其中前轴重56kN，后轴重112kN。

5.3 试验结果

试验梁体5-3#，在设计荷载等效加载作用下，底板应变效验系数介于0.68～0.69 之间，挠度效验系数为0.65，实测的相对残余应变（挠度）均小于20%，满足规范限值要求。试验前后对试验截面附近外观进行观测，梁底无既有及新增裂缝。

5.4 加载方案分析

（1）方案优点：单片梁静载试验一般采用加载物堆载或吊装重物反力加载，此种加载方式加载准备工作量大，加卸载周期较长，重物堆放稳定性及安全性也难以保证，加载成本较高。汽车加载方式在满足试验效率的情况下，能有效弥补重物加载或吊装反力加载的缺陷，是一种便利、快捷的加载静载试验加载方式。

（2）方案缺点：①单梁静载试验时，因桥面铺装未施工，加载车辆单轴重量需单独验算梁顶板局部的承载能力，在满足局部受荷要求后方可使用。②此种加载方案有一定局限性，因车辆横向轮距固定，在横向联系为湿接缝连接的T梁或小箱梁时，车辆横向双轮不一定能恰好作用在梁体中轴线上，加之翼板截面较薄弱，故不建议使用此种加载方案。

（3）加载注意事项：①由于车辆轴距尺寸的变异性，加载方案制定应按加载车辆实测的轴距和轴重进行，加载过程中根据加载等级控制好轮位。②因车辆荷载轴重存在一定的偏差，需较平整的过磅场地，汽车需分别对前轴单轮、后（双轴）单轮过磅。③加载车辆上桥时，桥面铺装及伸缩缝未施工，需对桥面伸缩缝及梁端接缝部位进行铺垫，保持桥面基本平整，桥面行车应缓慢行驶，刹车时应增大刹车距离。减小车辆荷载对梁体的竖向、纵向冲击作用。