對(duì)某高速公路大橋荷載試驗(yàn)的分析
2017-09-18
荷載試驗(yàn)就是對(duì)橋梁進(jìn)行直接加載測(cè)試的科學(xué)試驗(yàn)。橋梁荷載試驗(yàn)不僅要求工作人員具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，而且同時(shí)需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)作為指導(dǎo)。某高速公路大橋全長(zhǎng)1580.52m，主橋?yàn)?6+5 120+66m剛構(gòu)―連續(xù)組合梁橋，其中10、11號(hào)墩為梁墩固結(jié)的雙薄壁墩。引橋分別為7 40、20 40m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁；主橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，為雙箱單室截面；橋面寬度25.5m，最大縱坡：≤2.0% ，橋面橫坡：1.5%，設(shè)計(jì)荷載：汽車-超20級(jí)，掛車-120，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h，雙向四車道。下面對(duì)該大橋荷載試驗(yàn)進(jìn)行分析。
1、靜力荷載試驗(yàn)
橋梁靜力荷載試驗(yàn)，主要是通過測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)在靜力試驗(yàn)荷載作用下的變形和內(nèi)力，用以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符。它是檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作性能，如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等的最直接和最有效的手段和方法。
1.1 測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)試截面選在箱梁跨中截面、1/4截面，支點(diǎn)截面以及T梁的跨中截面和支點(diǎn)截面。
1.2 試驗(yàn)方法
（1） 應(yīng)變擬采用在箱梁表面粘貼型號(hào)為SM-5A型的鋼弦式應(yīng)變計(jì)，配匹振弦式讀數(shù)器MB6TL系統(tǒng)測(cè)量；
?。?） 控制截面撓度，采用Topcon精密電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度0.1mm；
?。?） 結(jié)構(gòu)控制部位的混凝土表面開裂情況，采用人工目力觀測(cè)，輔助刻度放大鏡測(cè)定裂縫寬度，裂縫長(zhǎng)度和位置采用5m鋼卷尺直接量測(cè)。
1.3 試驗(yàn)荷載
1.3.1荷載車參數(shù)
選用30噸的車輛進(jìn)行加載試驗(yàn)，根據(jù)加載工況的不同選用不同數(shù)量的加載車。
1.3.2 試驗(yàn)工況
加載位置與加載工況的確定原則為：盡可能用最少的加載車輛達(dá)到最大的試驗(yàn)荷載效率，同時(shí)應(yīng)考慮簡(jiǎn)化加載工況，縮短試驗(yàn)時(shí)間，在滿足試驗(yàn)荷載效率的前提下對(duì)加載工況進(jìn)行適當(dāng)合并，每一加載工況依據(jù)某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目為主，兼顧其他檢驗(yàn)項(xiàng)目。
本次靜載試驗(yàn)確定的加載工況有如下9種，其加載位置待計(jì)算后確定。
工況1：10#孔跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應(yīng)的偏心加載試驗(yàn)；
工況2：10#孔跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應(yīng)的對(duì)稱加載試驗(yàn)；
工況3：10#孔L/4截面在可變荷載作用下最不利正彎矩及最大豎向撓度效應(yīng)的偏心加載試驗(yàn)；
工況4：主橋9#墩支點(diǎn)截面在可變荷載作用下的最不利負(fù)彎距的偏心加載試驗(yàn)；
工況5：主橋邊跨最大正彎矩截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)及最大豎向撓度的偏心加載試驗(yàn)；
工況6：主橋邊跨最大正彎矩截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)及最大豎向撓度的對(duì)稱加載試驗(yàn)；
工況7：引橋T梁跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)以及最大豎向撓度的偏心加載試驗(yàn)；
工況8：引橋T梁跨中截面在可變荷載作用下最不利正彎矩效應(yīng)以及最大豎向撓度的對(duì)稱加載試驗(yàn)；
工況9：引橋T梁支點(diǎn)截面在可變荷載作用下最不利剪應(yīng)力的偏心加載試驗(yàn)。
1.3.3 試驗(yàn)荷載效率
本次靜力荷載試驗(yàn)所施加的外荷載擬采用每輛重約300kN的三軸載重汽車充當(dāng)，就某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目而言，其所需加載車輛的數(shù)量，將根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活荷載產(chǎn)生的該加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利效應(yīng)值，按下式所確定的原則等效換算而得。
式中：η― 靜力試驗(yàn)荷載效率；
Sstat― 試驗(yàn)荷載作用下，某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的
控制截面內(nèi)力或變位等的最大計(jì)算效應(yīng)值；
S― 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載不計(jì)沖擊荷載作用時(shí)產(chǎn)生的該加載試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的控制截面內(nèi)力或變位等的最不利計(jì)算效應(yīng)值；
?。?+μ）― 設(shè)計(jì)計(jì)算取用的沖擊系數(shù)。
試驗(yàn)荷載與加載得到的各個(gè)截面內(nèi)力值與設(shè)計(jì)值相比為荷載效率系數(shù)。
本次靜力荷載試驗(yàn)所需的加載車輛的數(shù)量，經(jīng)計(jì)算分析后確定。
1.3.4 加載方式與分級(jí)加載
為了獲取結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變位的相關(guān)曲線，防止結(jié)構(gòu)加載意外損傷，就某一加載試驗(yàn)項(xiàng)目，其靜力試驗(yàn)荷載宜分級(jí)加載，分級(jí)卸載。
加載方式為單次逐級(jí)遞加到最大荷載，然后分級(jí)卸至零荷載。本次試驗(yàn)加載分四級(jí)加載、一次卸載。
1.3.5 試驗(yàn)加載程序
?。?）在進(jìn)行正式加載試驗(yàn)前，宜用兩輛載重加載車在橋跨L/2和L/4進(jìn)行橫橋向?qū)ΨQ的預(yù)加載，預(yù)加載試驗(yàn)每一加載載位的持荷時(shí)間以不少于20分鐘為宜。預(yù)加載的目的在于，一方面是使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，另一方面是檢查測(cè)試系統(tǒng)和試驗(yàn)組織是否工作正常。預(yù)加載卸至零荷載，并在結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)后，才可進(jìn)入正式加載試驗(yàn)。
?。?）正式加載試驗(yàn)按加載工況序號(hào)逐一進(jìn)行，完成一個(gè)序號(hào)的加載工況后，應(yīng)使結(jié)構(gòu)得到充分的零荷恢復(fù)，方可進(jìn)入下一序號(hào)的加載工況。結(jié)構(gòu)零荷載充分恢復(fù)的標(biāo)志是，實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)的最大變位在最后一個(gè)10分鐘內(nèi)的增量小于第一個(gè)10分鐘內(nèi)增量的15%。
1.3.6 靜力試驗(yàn)規(guī)則
?。?）靜力試驗(yàn)應(yīng)選擇在氣溫變化不大于2℃和結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)過程中在量測(cè)試驗(yàn)荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的同時(shí)應(yīng)相應(yīng)地測(cè)量結(jié)構(gòu)表面溫度；
?。?）靜力試驗(yàn)荷載持續(xù)時(shí)間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定所需要的時(shí)間，只有結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，才能進(jìn)入下一荷載階段。同一級(jí)荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位在最后5分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個(gè)5分鐘內(nèi)變位增量的15%，或小于所用量測(cè)儀器的最小分辨值，即認(rèn)為結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定； （3）全部測(cè)點(diǎn)在正式加載試驗(yàn)前均應(yīng)進(jìn)行零級(jí)荷載讀數(shù)，以后每次加載或卸載后應(yīng)立即讀數(shù)一次，并在結(jié)構(gòu)變位達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，進(jìn)入下一級(jí)荷載之前再讀數(shù)一次。只有對(duì)結(jié)構(gòu)變位較大的測(cè)點(diǎn)，宜每隔5分鐘觀測(cè)一次，以觀測(cè)結(jié)構(gòu)變位是否達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定；
（4）若在加載試驗(yàn)過程中發(fā)生下列情況之一應(yīng)立即終止加載試驗(yàn)：控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力或力值超過計(jì)算值并且達(dá)到或超過按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力或力值時(shí)；控制測(cè)點(diǎn)變位超過規(guī)范允許值時(shí)；由于加載試驗(yàn)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)非正常的受力損傷或局部發(fā)生損壞，影響橋梁承載能力和今后正常使用時(shí)。
2、動(dòng)力荷載試驗(yàn)
橋梁動(dòng)力荷載試驗(yàn)的主要目的是測(cè)試橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性指標(biāo)（自振特性指標(biāo)和動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)特性指標(biāo)），以檢驗(yàn)這些指標(biāo)能否滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范規(guī)定，并對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)健康建立初始動(dòng)力特性基準(zhǔn)參數(shù)。
2.1 脈動(dòng)試驗(yàn)
脈動(dòng)試驗(yàn)是指在橋面無任何交通荷載以及附近無規(guī)則振動(dòng)源的情況下，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載、地脈動(dòng)、水流等隨機(jī)荷載激勵(lì)而引起的橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動(dòng)響應(yīng)（脈動(dòng)響應(yīng)）。
2.2 無障礙行車試驗(yàn)
在橋面無任何障礙的情況下，用一輛載重汽車（總重約300kN）沿橋面軸線，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h的速度駛過橋跨結(jié)構(gòu)，測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在行車車輛荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)。
2.3 跳車試驗(yàn)
試驗(yàn)時(shí)，讓1 輛300kN 試驗(yàn)車的后輪在主橋跨中位置從高度為15cm 的三角形墊木突然下落，從而對(duì)橋梁產(chǎn)生沖擊作用，激起橋梁的豎向振動(dòng)。測(cè)定此時(shí)橋梁跨中的最大動(dòng)撓度及其相應(yīng)的激振頻率。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：
王麗麗（1982.10- ），女，漢族，浙江寧波人， 2009年7月畢業(yè)于重慶交通大學(xué)，現(xiàn)就職于浙江湖州市交通工程處，工程師。研究方向：道路與橋梁、公路水運(yùn)試驗(yàn)檢測(cè)。
