公路桥梁静力荷载试验检测分析
2015-12-29
一、静荷载试验
桥梁静载试验是将静止的荷载作用在桥梁上的指定位置而测试结构的静力位移、静力应变、裂缝等参量的试验项目，从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作性能及使用能力。静载试验是结构试验中最大量、最常见的基本试验。因为桥梁结构工作时所受的荷载主要是静力荷载，桥梁结构的自重当然属于静力荷载，就是荷载位置随时间而变的移动车辆荷载在设计计算时一般也是作为静载来考虑的。静载试验一般可以通过重力或其他类型的加载设备来实现和满足加载要求，静载试验的加载过程是从零开始逐步递增，一直到预定的荷载为止。静载试验是了解结构特性的重要手段，不仅用它来直接解决结构的静力问题，就是在进行结构动力试验时，一般也要先进行静载试验，以测定结构有关的特性参数。
二、公路桥梁静力荷载试验检测分析
（一）工程概况
某立交桥为H市一座双向四车道预应力混凝土空心板桥。该桥南北向共21跨,跨径20.8m,横向16块空心板组成桥面系,全宽16m。由于该桥已运营多年,随着交通量及车辆荷载的大幅增加,部分构件已出现裂缝,急需通过检测,确定其是否需要加固来提高其荷载等级。
（二）试验检测内容
本次试验选取由北向南的第16跨进行试验。该跨伸缩缝处桥面铺装损坏严重,跳车现象十分明显并导致此处盖梁出现裂缝。本次检测选择其中5片板梁进行应力、挠度等内容的测试。
（三）试验检测方法
本次荷载试验的目的就是通过对实桥进行加载、测试,从而摸清桥梁结构的实际工作状态;通过实测各控制截面的应力和变形(挠度),并与相应的理论验算值相比较,进而分析与判断桥梁结构的安全承载能力和使用条件。
（四）加载方式
对试验荷载分级施加，以测试荷载效应与荷载的变化关系以及防止桥梁结构意外损伤。一般将荷载按加载汽车数量分级。荷载逐级递加，达到最大荷载后一次卸载。加载试验每工况重复至少一次。试验前在桥面预先画出轮位，加载时汽车应准确就位，卸载时车辆应退出结构试验影响区，车速不大于5公里/小时。每次加载或卸载的持续时间取决于结构变位达到稳定标准所需的时间。试验时取数个关键测点，监测其测读数，只有该级荷载阶段内结构变位相对稳定后才能进入下一个荷载阶段。
全部测点在每次加载或卸载后立即读数一次，并在结构变位稳定后进入下一级荷载前再读数一次。对本试验选跨中断面挠度测点每5分钟读数一次，以观测结构变位是否达到稳定。一旦结构变位达到稳定，测读完各测点读数后即可进入下一级加载。
本桥原设计荷载为汽-超20、挂-100,考虑到现有重型车辆通过,决定采用4辆200kN汽车进行静载试验。加载车辆总重20t,前轮轴重5.0t,后轮轴重15.0t。
（五） 试验规定
（1）静力试验选择在气温变化不大和结构温度趋于稳定的时间段内进行。试验过程中在量测试验荷载作用下结构响应的同时相应地测量结构表面温度。
（2）静力试验荷载持续时间，原则上取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。
（3）全部测点在正式加载试验前均应进行零级荷载读数，以后每次加载或卸载后应即读数一次。试验时选在结构变位较大的测点，每隔5分钟观测一次，以观测结构变位是否达到相对稳定。
（六）静载试验的终止
若在加载试验过程中发生下列情况之一，立即终止加载试验：
（1）控制测点应力超过计算值并且达到或超过按规范安全条件反算的控制应力时。
（2）控制测点变位超过规范允许值时。
（3）由于加载试验使结构出现非正常的受力损伤或局部发生损坏，影响桥梁承载能力和今后正常使用时。
(2)测试截面以及测点布置。为测定板梁的混凝土在活载作用下的应力情况,取桥梁西南角1/4区域的梁布置应变片。
（七）计算方法与结果
采用空间有限元软件Midas,计算出结构在各工况情况下应力、内力和位移,按照规范所规定的各项容许指标,验算其是否满足结构承载力要求根据前述的荷载,列出四种工况相应于进行静载试验时测点的理论应力值及跨中挠度,见表4、表5所列。
通过试验,在荷载效率系数 满足规范所规定的0.8-1.05前提条件下,本桥满足设计强度要求,桥梁变形符合设计刚度规定,桥梁表面裂缝观测、几何尺寸偏差均满足设计要求和《公路工程质量检验评定标准》中的有关规定。因此,本桥承载能力能达到汽-超20级、挂车-100级。其预应力盖梁(因跳车和超载产生的竖向裂缝)应进行加固处理,盖梁上已损坏的支座必须进行更换,同时对该桥常规检测发现的病害进行处理。
三、公路桥梁静力荷载试验检测质量保证措施
为了确保荷载试验达到既定的目的，满足成桥质量评价依据的需要，将采取以下措施保证试验圆满成功：
（1）在满足荷载试验要求的前提下，一定要保证大桥结构的安全。因此，荷载试验的效率系数不宜过大，同时注意主梁局部受力情况，避免局部荷载集中，引起混凝土结构应力过大而开裂。对试验数据进行必要的实时处理分析，及时判断结构在各级荷载下的反映是否正常，防止结构出现非正常的受力损伤或局部损坏，影响桥梁的承载能力和今后的正常使用；
（2）前期理论分析做到准确、细致，尽量反映大桥目前的实际受力和变形。
（3）对位移和应变的测试仪器，在测试前进行严格标定。测试数据主要由系统自动采集，确保数据采集的快速和准确，记录清楚、真实。试验准备期间，对相应的测试系统精心调试，确保设备正常工作，及时准确地采集数据；现场采集数据时，注意测试数据的变化，及时与理论值比较，判断数据是否正常，现场找出测试数据误差原因。切实履行记录和检查制度，发现疑点或异常的数据及时检查，保证测试数据的准确可靠。
（4）桥梁的受力和变形与结构温度场的变化关系很大，因此，对于荷载试验时的天气变化将足够重视，尽量避免在剧烈变温时段内进行试验，测量结构温度场的变化并进行必要的温度修正。
（5）静载试验加载量控制的难点
加载应在指挥人员指挥下严格按计划程序进行。当采用车辆加载时，首先要选好作为试验荷载的车辆，要使试验车辆荷载对控制截面产生的内力与设计荷载对同一截面产生的内力等效。为了保证立交桥荷载试验检测过程安全，采用分级加载是常用的方法，目前成桥荷载试验检测的加载重量一般采用标准的后八轮自卸车，这给试验过程的分级加载带来一定的难度。试验过程中除了租用尽量多的标准车辆外，也采用距离法来达到分级加载的目的，如何控制好每级加载量及加载位置，是保证试验成功与否的重点，也是难点。
（6）认真执行国家颁发的技术标准、规范、规程和有关规定。根据工程特点和现场施工条件，合理地安排施工工序，安排人力资源，保证质量和进度。
