基于静载试验的桥梁承载力检测研究

2023-03-21吕黎明

建筑与装饰 2023年3期

吕黎明

合肥工大工程试验检测有限责任公司安徽合肥 230051

引言

为保障整个桥梁工程的安全、稳定运行，需要针对桥梁工程合理开展静载试验，准确评价桥梁综合承载力，而静载试验同时也是判断评价桥梁承载力的直接方法和有效措施。静载试验操作原理十分简洁，是在桥梁目标区域施加标准设计等效荷载，准确检测结构变形。静载试验能够辅助检验桥梁结构质量和设计效果，准确判断桥梁承载力。

1 桥梁荷载试验目的

针对桥梁结构实施荷载试验主要是为了进一步了解实际荷载下桥梁实际受力状况，准确判断桥梁结构安全性以及整体承载力。不管结构分析技术多么发达和先进，都无法取代公路桥梁工程的性能测试。构筑物承担某种荷载条件下，对整体应变测试结果进行准确记录，按照相关测试结果，工程师可以对桥梁实际结构响应进行准确了解。我国桥梁工程规模大，建设速度快，特别是各种建成时间较为久远的大桥，因为使用时间较长，部分桥甚至遗失部分工程特征，影响旧桥评估结果，针对桥梁开展荷载试验能够为桥梁安全应用、改造加固、养护等工作提供有效参考资料。对于各种新建桥梁，因为其中应用各种新型技术材料，在施工工艺以及结构形式等方面的创新设计施工，使得理论状态和工程实际状态之间形成巨大差距，该种条件下，掌握整个桥梁结构性能和受力状况的最为有效措施便是开展荷载试验。借助荷载试验能够帮助检测各种新型技术材料是否满足预期效果，判断新型结构和工艺技术是否可靠、安全，在设计中是否考虑各种问题影响等，为后期各种桥梁工程建设发展提供有效参考信息，助力桥梁技术持续创新发展。针对各种结构复杂的大跨度桥梁，随着国内大跨桥梁建设能力持续提升，保障各种复杂桥梁和大跨桥梁安全、质量具有重要作用，为此需要借助荷载试验实施全面检测。借助桥梁荷载试验，能够有效检测桥梁结构受力性能和施工质量，判断桥梁结构整体承载力是否符合具体规范标准，科学判断桥梁应用条件和运营状况，为后续科学应用以及竣工验收提供有效参考信息。

2 桥梁静载试验方法和流程

2.1 全面采集设计、施工材料

静载试验相关设计工作涵盖测点布置以及荷载设计等内容。开始正式实施设计工作前，需要对桥梁结构各种施工资料和设计信息进行全面采集，相关资料包含桥梁工程不同结构部分标高、行车道标准、支座、截面尺寸以及荷载等级等内容。除此之外，还需要向设计单位寻求结构计算书。针对施工环节各种材料做好全面采集整理工作[1]。

静载试验中需要结合桥梁具体受力状况和整体桥型进行合理判断。针对简单桥梁结构，只需选择其中1到2个截面即可。像是简支桥梁，选择跨中最高正弯矩截面以及支点截面。三铰拱桥可以选择拱脚截面以及拱顶截面。针对各种较为复杂桥梁结构，为了对整个桥梁结构进行全面、细致的了解，需要合理选择多种工况，具体状况联系跨径和桥型进行合理选择。例如连续桥梁可以选择边跨以及主跨对应跨中截面，中支点最高负弯矩截面。悬索桥以及斜拉桥除了主梁相关正负弯矩最高截面，还需要选择桥塔塔顶最高变形工况，以及桥塔塔脚对应截面工况。针对斜桥，需要适当增加各种不利扭矩工况，曲线桥需要综合考虑弯扭耦合等影响。

2.2 考察试验对象

试验环节需要系统考察试验对象，具体考察内容主要包括结构物整体技术发展状况，结构物平面尺寸、大小、高程位置和材料物理力学性能等。加载设备选择中，对于可行式车辆加载，普遍是通过货车装载货物实施加载工作，假如试验用车辆对应规格型号不符合设计要求，可以按照标准车辆荷载状况，对试验车辆进行合理选择，假如不符合相关条件，可以继续实施换算，换算为等效试验车辆荷载。按照计算内力影响线实施换算。当前应用较多的荷载便是汽车荷载，同时适用动载试验以及静载试验。对于重物直接加载，相关重物加载单纯限制于静载试验，属于某种间接加载措施，可以在桥面测点提前设置支架，或直接设置于桥面。因为重物加载涉及庞大工作量，消耗过长时间，需要对相关工作进行合理安排和充分准备，预防因为加载时间过长影响最终试验结果[2]。

2.3 分析计算

计算分析环节需要对各种材料信息数据实时仔细审核。假如计算单位所提供各种数据信息以及计算书不满足标准要求，需要针对桥梁结构目标检测部位实际受力状况开展系统分析和准确计算，具体涵盖各种应力数据和变位数值。做好设计单位各项计算材料复核工作。在公路桥梁相关荷载试验规程条例中，针对静载试验重点荷载效率进行了明确规定，假如针对竣工或是交付工程，需要将对应荷载效率设计在0.85到1.05之间。处于其他条件下，可以把荷载效率设置在0.95到1.05之间[3]。

2.4 确定加载试验项目

面向桥梁工程开展静载试验中，需要准确把握其中的重点试验内容，检测部位。其中试验重点可以进一步总结为3种：第一是最高正负弯矩截面整体应力状况；第二是最高偏载影响下桥梁结构整体受力状况以及横向分布系数；第三是最高剪力截面整体应力状况。这三个方面也是保障顺利实施静载试验的基础条件。测点布置中，对于应变位移测点，需要在桥梁结构最大位移以及最高应变区域设置位移测点和应变测点，联系测试内容与测试截面实施科学分配，具体布置原则是充分反馈整个桥梁结构受力特征。在设置单向应变测点中，需要综合考虑上下分布状况和左右对称性，对于其中的重点部位可以适当扩大测点设置，准确反映截面高度以及应变规律特征。位移测点布置需要准确体现出桥梁横向挠度整体分布规律，准确体现出不同荷载工况对应挠度曲线[4]。

2.5 确定控制荷载

桥梁荷载包括汽车、人群以及各种重型车辆。确定控制荷载过程中，需要对不同荷载作用下控制截面所形成内力状况进行准确计算静载试验对应控制荷载是较为不利内力条件下形成荷载。在初步确定试验荷载高低以及加载部位中，需要综合考虑静载试验效率影响，大部分条件下，对应数值可以选择在0.8到1.05之间。假如桥梁工程形成相对全面的检算工作，具体试验效率参数可以选择较小值，相反条件下可以选择较大值。大部分条件下，季节会从不同程度上影响静载试验结果。假如温度状况形成较大变化会从某种程度上削弱静载试验效果，为此需要综合考虑相关影响实施静载试验。为有效控制外部各种元素影响，通常会选择在天气状况良好以及季节温度较为稳定条件下实施静载试验[5]。

确定控制荷载，控制荷载是使桥梁结构受力处于最为不利条件下的荷载。针对桥梁开展荷载试验中需要对相关荷载实施合理控制，将整体控制荷载以及试验荷载差距控制在最小范围内。在处于不同目的条件下，对应试验荷载也各不相同。例如验收性荷载试验中，需要坚持设计荷载作为参考标准，荷载试验鉴定中，密切联系现实状况实施灵活调整，为保障试验荷载满足具体要求，可以选择效率系数针对试验荷载进行准确评估。静载试验中，实施加载环节需要重点考虑以下3种活荷载：第一是标准计算荷载，涵盖人群和汽车；第二是标准验算荷载，涵盖履带车以及挂车；第三是特殊荷载，主要是以特殊车辆为主。

2.6 确定加载程序

为进一步提升静载试验安全性和稳定加载，需要按照分级加载手段开展静载试验。大部分条件下，各级荷载可以直接选择初步确定试验荷载的20%到25%左右，划分为4到5级实施加载处理即可。各级荷载需要合理设置间歇时间，保障设备拥有充足间歇时间。普遍需要按照结构变形状况判断间歇时间大小，确保各级顺利施加荷载后，整个结构变形状况能够彻底呈现出来。在施加过所有荷载后，需要留出充足满载间歇时间。同时于该段时间内开展多次结构观测。结束观测检查后，还需进行全面记录，准确把握整个结构变形状况。如果部分桥梁建成时间较长，以及缺少完善的资料信息，可以适当扩大荷载分级数，同时在各级荷载稳定加载后，继续开展下级荷载的加载处理。结束加载后直接卸载。具体加载分级措施如下，按照内力影响线，对车辆分布位置进行合理设计安排，引导车辆逐一上桥，轻车优先。具体加载时间普遍是在夜间实施，在12点到6点之间，因为该段时间内的环境温差变化较小，能够进一步控制温差对于最终试验结果的影响，合理控制对于交通环境的影响，整体加载时间可以控制在20min之内，预防桥梁长期负载所形成严重损伤。

2.7 测点布置

针对桥梁工程实施静载试验中，需要合理挑选数个测试点，对应测试点选择中需要按照下列原则实施，第一是测点布置可少不可多，但同时需要保证充足的测点数量，预防出现盲目设置测点等问题，进行准确分析计算。第二是保证设计测点的代表性，保证布置测点方便安全施工和便利试验。第四是合理布置相应数量校核性测点[6]。

在桥梁工程各个测点布置中需要重点关注下列内容，第一是科学设置挠度测点，大部分条件下，挠度测点是对桥梁结构整体侧向挠度、竖向挠度以及扭转变形等状况进行合理检测，结合难度测点检测可以顺利获取受检跨，以及对应邻跨最高挠度值以及挠曲线。一般针对每跨需要设置3到5个测点。第二是合理设置结构应变测点，结构应变测点具体包含横向界面抗弯应变测点以及应力应变测点。通常条件下，结构应力对应应变测点主要针对内力控制截面整体横向应力、竖向应力分布状况进行检测。各个截面中竖向测点对应设置数量需要超出5个。通常横桥向对应测点设置数量需要超出3个，对其中的最高应力分布状况实施合理控制。

3 工程案例分析

此次工程属于某高速公路桥梁工程，此次桥梁上部结构属于预应力混凝土箱形组合梁，整体长度距离是20m。系统检测桥梁预制箱梁过程中，可以发现某段预制箱梁内部分混凝土试件强度未达标，针对该种状况决定通过静载试验检测预制箱梁整体承载力，桥梁工程实际建设施工环节中，对应预制箱梁初步结束架设施工，而桥面铺装以及横向连接却尚未正式施工，导致车辆无法顺利进入桥梁，针对该种状况决定选择有效静载试验措施，可以于整个预制箱梁内设置工字钢平台，同时利用增加沙包等措施做好加载工作，结合计算书初步确定的250KN试验荷载，可以将其分成五级分别加载。处于满载条件下，梁跨内对应截面弯矩是1078.125KN.M，相关静载试验效率可以确定为0.85。各级荷载施加对应间歇时间控制在10～15min之间，满载后对应持荷时间在0.5～1h之间，卸载后持续观测0.5～1h左右。于梁跨中断面总计设置10个应变测点，顺着梁纵向单侧设置5个挠度测点，并于支承两墩台内分别设置一个变形观测点。通过分析发现基于最高试验荷载下，箱梁相关技术指标满足具体规范标准，证明结构运行状态符合基础设计要求。