張?jiān)靽?guó)，吳毅斌

(1.湖南省公路設(shè)計(jì)有限公司;2.湖南華罡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司)

1 荷載試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 橋梁外觀檢查

試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要內(nèi)容為:(1)各測(cè)試截面處外觀檢查。(2)支座、伸縮縫、橋面等外觀檢查。

外觀檢查采用向有關(guān)部門(mén)(業(yè)主、監(jiān)理處、施工方)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)檢查相結(jié)合的方式進(jìn)行。荷載試驗(yàn)前，對(duì)橋梁各測(cè)試截面處的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面及附屬設(shè)施、伸縮縫、支座等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查，以查明各部位的實(shí)際技術(shù)狀況，特別是對(duì)荷載試驗(yàn)結(jié)果有直接影響的問(wèn)題，如上下部結(jié)構(gòu)物的裂縫、缺陷和損壞等，并在試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)注意觀察其變化，檢查支座有無(wú)偏位、破損情況;在加載試驗(yàn)過(guò)程中和試驗(yàn)結(jié)束后，也要對(duì)受加載影響較大的部位進(jìn)行詳細(xì)的檢查。

1.2 靜載試驗(yàn)

靜載試驗(yàn)是按照預(yù)定的試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)方案，對(duì)橋梁的使用承載力及工作狀況作出綜合評(píng)價(jià)，以確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能與設(shè)計(jì)期望值是否相符，在橋梁工程的荷載試驗(yàn)方法中，橋梁靜載試驗(yàn)是一種最直接、最有效的方法。

具體說(shuō)來(lái)，靜載試驗(yàn)在進(jìn)行橋梁檢測(cè)的過(guò)程中，應(yīng)遵循兩個(gè)原則:一是控制截面內(nèi)力、各控制點(diǎn)變形等效的原則;二是荷載效率系數(shù)要適宜。在控制截面內(nèi)力、各控制點(diǎn)變形等效方面，對(duì)車(chē)輛的數(shù)量和布載位置進(jìn)行計(jì)算，以得出各試驗(yàn)工況下的數(shù)據(jù)。在荷載效率系數(shù)方面，荷載效率系數(shù)不宜過(guò)小也不宜過(guò)大，要適宜。荷載效率系數(shù)過(guò)小，影響橋梁的工作性能;而荷載系數(shù)效率過(guò)大，則容易造成橋梁結(jié)構(gòu)的局部損壞。一般來(lái)說(shuō)，適宜的荷載效率系數(shù)應(yīng)控制在0.8～1.05之間。

1.3 動(dòng)載試驗(yàn)

測(cè)定主橋結(jié)構(gòu)的自振特性、受迫振動(dòng)特性、動(dòng)位移等。動(dòng)載試驗(yàn)項(xiàng)目分為三種，即無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)、剎車(chē)試驗(yàn)和橋梁自振特性測(cè)試試驗(yàn)。其中，橋梁自振特性測(cè)試試驗(yàn)主要用于測(cè)定結(jié)構(gòu)的固有頻率振動(dòng)特性。

2 靜載試驗(yàn)方法

2.1 靜載試驗(yàn)荷載效率

靜載試驗(yàn)的準(zhǔn)確程度取決于荷載效率系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行靜載試驗(yàn)的時(shí)候，按照規(guī)范計(jì)算出試驗(yàn)荷載。靜力荷載效率的計(jì)算公式為

式中:Sstat為試驗(yàn)荷載作用下檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值;S為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下檢測(cè)部位變形或內(nèi)力的計(jì)算值;δ為設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)，取為1。

2.2 加載及卸載程序

(1)預(yù)載。一般結(jié)構(gòu)的靜載試驗(yàn)方法，在正式加載前，應(yīng)用2輛加載車(chē)在被測(cè)試橋跨上來(lái)回反復(fù)通行2次，使試件接觸良好、進(jìn)入正常工作狀態(tài)，對(duì)橋跨進(jìn)行預(yù)壓，消除非彈性變形。預(yù)壓后，非工作人員退場(chǎng)，待一切工作安排就緒，進(jìn)行第一次空載讀數(shù)。

(2)加、卸載?？紤]到結(jié)合實(shí)際工程樁的荷載特征，為了獲取結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變位的相關(guān)曲線，可采用多循環(huán)加、卸載法，對(duì)控制截面試驗(yàn)荷載分成3級(jí)加載和1次卸載。每次加載和卸載的持續(xù)時(shí)間取決于結(jié)構(gòu)變位達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所需的時(shí)間。

為了保證試驗(yàn)質(zhì)量，氣溫的變化對(duì)荷載試驗(yàn)也有一定的影響，在進(jìn)行荷載試驗(yàn)選擇在氣溫變化5℃以內(nèi)，而結(jié)構(gòu)溫度在荷載試驗(yàn)的過(guò)程中，也提出了新的要求，結(jié)構(gòu)溫度趨于穩(wěn)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，單一靜載工況前后氣溫變化不大于1℃。

3 動(dòng)載試驗(yàn)方法

3.1 測(cè)試基本原理

可選用BJQN-4B測(cè)試儀器進(jìn)行動(dòng)載測(cè)試，在橋梁測(cè)試斷面上安裝一個(gè)測(cè)試靶，在靶上制作一個(gè)光學(xué)標(biāo)志點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把標(biāo)志點(diǎn)成像在CCD的接收面上，當(dāng)橋梁在動(dòng)載作用下產(chǎn)生位移時(shí)，測(cè)試靶也跟著發(fā)生位移振動(dòng)，通過(guò)隨時(shí)測(cè)出靶上標(biāo)志點(diǎn)在CCD接收面上圖像位置的變化值，就可以得到橋梁位移值。其最小可測(cè)量的分辨率由CCD器件像元的寬度大小決定，最大測(cè)量范圍由鏡頭的視場(chǎng)角、光學(xué)系統(tǒng)放大率和CCD有效像元陣列長(zhǎng)度決定。

3.2 測(cè)試方法

在橋梁上被測(cè)位置處，安裝標(biāo)定器靶標(biāo)，安裝好三角架，連接好主機(jī)和測(cè)試頭、主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的連線，打開(kāi)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，正確選擇主機(jī)功能鍵，標(biāo)定好系數(shù)，開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試前記下每個(gè)工況下的文件名，隨時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試曲線，直到每個(gè)工況做完。

4 某橋梁工程荷載試驗(yàn)實(shí)例

正龍山水庫(kù)大橋橋型如圖1所示。選取的撓度、應(yīng)變測(cè)試斷面為1-1～9-9。

圖1 正龍山水庫(kù)大橋撓度、應(yīng)變測(cè)試斷面示意圖(單位:m)

選取如圖1所示的1-1～3-3截面及5-5～9-9作為撓度的測(cè)試截面。每個(gè)測(cè)試截面的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。據(jù)上述測(cè)試內(nèi)容，采用TOPCONAT.G2型號(hào)精密水準(zhǔn)儀和DNA03型號(hào)水準(zhǔn)儀在橋面上對(duì)測(cè)試截面的撓度進(jìn)行同步觀測(cè)。

圖2 撓度測(cè)點(diǎn)布置圖(單位:m)

選取如圖1所示的2-2、4-4及6-6截面作為應(yīng)變的測(cè)試截面。采用外貼式電阻式應(yīng)變片，每個(gè)測(cè)試截面的測(cè)量應(yīng)變的應(yīng)變片布置見(jiàn)圖3。采用應(yīng)變采集儀對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)試。

圖3 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖(單位:m)

擬定進(jìn)行以下4個(gè)工況的靜載試驗(yàn)項(xiàng)目:(1)工況一:縱橋向按主橋第2跨(主跨)跨中最大正彎矩布置荷載，橫橋向?yàn)槠d，控制截面位置見(jiàn)圖2的6-6截面;(2)工況二:縱橋向按主橋第2跨(主跨)跨中最大正彎矩布置荷載，橫橋向?yàn)橹休d，控制截面位置見(jiàn)圖2的6-6截面;(3)工況三:縱橋向按主橋第1跨(邊跨)最大正彎矩布置荷載，橫橋向?yàn)橹休d，控制截面位置見(jiàn)圖2的2-2截面;(4)工況四:縱橋向按第2號(hào)墩(主跨支點(diǎn))最大負(fù)彎矩布置荷載，橫橋向?yàn)橹休d，控制截面位置見(jiàn)圖2的5-5截面。

為節(jié)省篇幅僅將部分試驗(yàn)結(jié)果給出如下。在工況一各級(jí)荷載作用下，左側(cè)撓度測(cè)試結(jié)果及與理論值比較如表1所示。

表1 左側(cè)撓度實(shí)測(cè)值及與理論值比較表(單位:mm)

在工況一下的左側(cè)撓度變化曲線如圖4所示。

此橋選定第1跨的L/2截面作為動(dòng)力荷載試驗(yàn)測(cè)試斷面。無(wú)障礙行車(chē)及剎車(chē)試驗(yàn)均采用一輛350kN的重車(chē)，其中跑車(chē)分別以10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h速度駛過(guò)試驗(yàn)橋跨，剎車(chē)分別以20km/h、30km/h速度行駛試驗(yàn)橋跨跨中截面中線處進(jìn)行緊急制動(dòng)。在不同車(chē)速跑車(chē)或剎車(chē)作用下，各工況的最大動(dòng)撓度和沖擊系數(shù)見(jiàn)表2。

圖4 左側(cè)撓度變化曲線(工況一)

表2 不同工況下沖擊系數(shù)和最大動(dòng)撓度表(單位:mm)

試驗(yàn)跨跨中截面的動(dòng)位移時(shí)程曲線如圖5所示(部分結(jié)果)。

圖5 10km/h無(wú)障礙行車(chē)的位移時(shí)間曲線

5 試驗(yàn)結(jié)論

(1)實(shí)測(cè)的彈性變位值均小于理論計(jì)算值，該橋總體剛度滿足要求，且殘余變形都小于0.2，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

(2)在靜載試驗(yàn)期間，未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)裂縫。

(3)動(dòng)載試驗(yàn)表明，此橋的自振頻率實(shí)測(cè)值比理論值大，表明此橋的實(shí)際剛度比理論剛度大;當(dāng)試驗(yàn)車(chē)以不同車(chē)速駛過(guò)橋跨或剎車(chē)時(shí)，沖擊系數(shù)測(cè)試的結(jié)果略大，這就要求注意保持橋面鋪裝良好，防止出現(xiàn)凹凸不平橋面。

綜上所述，在設(shè)計(jì)使用荷載作用下，橋梁整體工作性能良好，處于彈性工作狀態(tài)，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，可以投入營(yíng)運(yùn)。

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