張世明

中鐵一局集團(tuán)第五工程有限公司 陜西 寶雞 721000

引言

目前國(guó)內(nèi)各行業(yè)發(fā)展欣欣向榮，在為社會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了挑戰(zhàn)，在交通運(yùn)輸方面顯得尤為明顯[1]。例如，物流行業(yè)的高速發(fā)展，為交通運(yùn)輸帶來(lái)了巨大的壓力。有些公路在多年服役過(guò)程中，受到來(lái)自車(chē)輛和自然因素的影響，路面和主體都存在不同程度的損壞，公路的承載力、剛度等指標(biāo)下滑。加之一些地區(qū)對(duì)于公路的維修和養(yǎng)護(hù)工作不到位，導(dǎo)致很多公路段的交通都受到嚴(yán)重影響，需要進(jìn)行翻修。對(duì)于翻修或新建的公路來(lái)講，預(yù)制梁的檢測(cè)都顯得尤為重要。預(yù)制梁是在工廠中按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)制，之后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的梁[2]。作為公路中的重要結(jié)構(gòu)之一，預(yù)制梁性能的優(yōu)劣直接影響著公路重要指標(biāo)是否符合投用標(biāo)準(zhǔn)。因此需要對(duì)預(yù)制梁進(jìn)行檢測(cè)，避免使用性能不符合標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制梁進(jìn)行施工。靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)包括兩個(gè)方面，分別為靜力荷載試驗(yàn)與動(dòng)力荷載試驗(yàn)，能夠比較全面地評(píng)估橋梁的性能?；诖?，本文提出靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)在公路預(yù)制梁檢測(cè)中的應(yīng)用，為公路預(yù)制梁的檢測(cè)提供有效方法。

1 靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)概述

靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)可以分成靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)兩個(gè)部分[3]。該試驗(yàn)的目的，是檢測(cè)公路橋梁是否符合投用標(biāo)準(zhǔn)，承載力等重要指標(biāo)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。靜力載荷試驗(yàn)是利用靜止的荷載作用，模擬橋梁基礎(chǔ)受靜荷載的條件。綜合檢測(cè)是從多個(gè)角度、多個(gè)參數(shù)、從公路整體及各部分的性能入手，進(jìn)行全面檢測(cè)以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的所在。動(dòng)力荷載試驗(yàn)與靜力荷載試驗(yàn)的測(cè)試方向存在區(qū)別，動(dòng)力荷載試驗(yàn)中，引起公路橋梁產(chǎn)生振動(dòng)的振源不是固定不變的，時(shí)間的改變也會(huì)引起振源的改變。例如不同時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)公路的車(chē)輛類(lèi)型不同，振源也不同，所產(chǎn)生的振動(dòng)存在差別[4]。在同一場(chǎng)景下，動(dòng)力效應(yīng)在通常情況下比靜力效應(yīng)更大，相應(yīng)地，動(dòng)力效應(yīng)對(duì)橋梁的影響更大，橋梁會(huì)在較小的動(dòng)力荷載作用下，出現(xiàn)內(nèi)在結(jié)構(gòu)較為嚴(yán)重的損壞，甚至發(fā)生垮塌等事故。

2 基于靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)的公路預(yù)制梁檢測(cè)

2.1 靜力荷載效應(yīng)計(jì)算

靜力荷載試驗(yàn)主要是針對(duì)預(yù)制梁的變形與荷載之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試點(diǎn)上，受到靜力荷載作用的預(yù)制梁結(jié)構(gòu)，通常是利用控制截面的內(nèi)力或者應(yīng)變進(jìn)行等效處理[5]。在預(yù)制梁靜載試驗(yàn)時(shí)，采用開(kāi)裂彎矩作為控制彎矩。第一種情況是內(nèi)力等效，不考慮施工過(guò)程，以成橋狀態(tài)為建模背景，鉸縫、現(xiàn)澆層、護(hù)欄、鋪裝等二期恒載和車(chē)道荷載作用于預(yù)制梁結(jié)構(gòu)上；第二種情況是應(yīng)力等效，考慮施工過(guò)程，分別以預(yù)制狀態(tài)和成橋狀態(tài)為背景。在確定靜力荷載試驗(yàn)中的荷載大小與加載位置時(shí)，試驗(yàn)效率如公式（1）所示。

公式（1）中，Sat表示：在試驗(yàn)荷載下，預(yù)制梁測(cè)試點(diǎn)的變位或內(nèi)力計(jì)算值，S表示：在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載下，預(yù)制梁測(cè)試點(diǎn)的變位或內(nèi)力計(jì)算值，需要注意的是，二者在計(jì)算時(shí)，均不計(jì)沖擊作用；μ表示：沖擊系數(shù)。ηq值應(yīng)大于等于0.95，小于等于1.05。

2.2 動(dòng)力荷載參數(shù)調(diào)整

設(shè)定活載動(dòng)力增大系數(shù)為1+μ，需利用公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

公式（2）中，Smax表示：在動(dòng)荷載下，測(cè)試點(diǎn)位置預(yù)制梁結(jié)構(gòu)撓度或應(yīng)變的最大值；Smean表示：動(dòng)荷載對(duì)應(yīng)的靜荷載下，測(cè)試點(diǎn)位置預(yù)制梁結(jié)構(gòu)撓度或應(yīng)變的最大值。通過(guò)動(dòng)力荷載試驗(yàn)，可以獲得大量預(yù)制梁結(jié)構(gòu)中有關(guān)振動(dòng)問(wèn)題的各種振動(dòng)值。為了方便后續(xù)利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，需要對(duì)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行預(yù)處理。歸納出各個(gè)變量與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，通常利用對(duì)數(shù)衰減率δ和阻尼比ζ來(lái)計(jì)算，按照振動(dòng)基本理論，對(duì)數(shù)衰減率可以表示為：

由于預(yù)制梁結(jié)構(gòu)是連續(xù)體，在分析絕大多數(shù)預(yù)制梁時(shí)，第一固有頻率起到關(guān)鍵作用。結(jié)構(gòu)振型的測(cè)量主要有兩種方式：其一是安放傳感器，如果信號(hào)傳感器微弱，還需要加設(shè)功率相同的放大器；其二是只安放兩個(gè)傳感器，其中一個(gè)安放在支點(diǎn)部位，作為基準(zhǔn)傳感器，另外一個(gè)傳感器在預(yù)制梁結(jié)構(gòu)上依照要求任意移動(dòng)，測(cè)得各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)曲線。

2.3 預(yù)制梁檢測(cè)

試驗(yàn)前分別檢查試驗(yàn)預(yù)制梁，并根據(jù)計(jì)算分析及現(xiàn)場(chǎng)條件選取測(cè)試點(diǎn)。正式試驗(yàn)前，做好準(zhǔn)備工作，對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)上的應(yīng)變片等裝置進(jìn)行檢查，保證電路聯(lián)通，工作狀態(tài)正常。汽車(chē)到達(dá)測(cè)試點(diǎn)后，車(chē)輛熄火停留至少五分鐘，記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)其穩(wěn)定后進(jìn)行。之后進(jìn)行卸載，間隔超過(guò)十分鐘，再進(jìn)行重復(fù)加載。各工況均采用分級(jí)加載，每級(jí)穩(wěn)定時(shí)間通常在五到十分鐘左右，靜力荷載持續(xù)時(shí)間，由變位達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間來(lái)決定。對(duì)比預(yù)制梁實(shí)測(cè)得出的頻率、模態(tài)數(shù)據(jù)與預(yù)計(jì)值，對(duì)其剛度進(jìn)行判斷，從而推定預(yù)制梁剛度情況。跳車(chē)試驗(yàn)采用荷載車(chē)輛以30km/h速度通過(guò)橋梁，通過(guò)動(dòng)撓度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算橋梁阻尼比，從而判斷橋梁承載能力。

3 檢測(cè)試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)準(zhǔn)備。根據(jù)試驗(yàn)方案，租用符合標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)車(chē)輛。在測(cè)試點(diǎn)上粘貼應(yīng)變片，粘貼時(shí)應(yīng)注意，需先將要粘貼的位置進(jìn)行打磨找平，并確保沒(méi)有灰塵存在，以免影響測(cè)試結(jié)果。選取同一批次的預(yù)制梁，將出廠標(biāo)準(zhǔn)值作為真值，進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。將本文提出的方法記作方法A，將文獻(xiàn)[2]與[5]提出的方法分別記作方法B與方法C，選取預(yù)制梁應(yīng)力與阻尼比的平均相對(duì)誤差值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）預(yù)制梁應(yīng)力平均相對(duì)誤差結(jié)果與分析。利用三種方法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)所得的應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算后得到的平均相對(duì)誤差對(duì)比結(jié)果如下描述。在1號(hào)測(cè)試點(diǎn)，方法A檢測(cè)應(yīng)力值的平均相對(duì)誤差為5.34%，相比于方法B與方法C，誤差平均值分別低了5.33、11.49；在3號(hào)測(cè)試點(diǎn)，三種方法應(yīng)力值的檢測(cè)誤差最大，表明該點(diǎn)應(yīng)力檢測(cè)難度較大。此時(shí)方法A的測(cè)應(yīng)力值的平均相對(duì)誤差為-6.75%，相比于方法B與方法C，誤差平均值分別低了7.01、10.64。從總體上看，方法A 應(yīng)力檢測(cè)誤差值更小。

（3）預(yù)制梁阻尼比平均相對(duì)誤差結(jié)果與分析。利用三種方法進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)所得的阻尼比測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，在2號(hào)測(cè)試點(diǎn)，方法A檢測(cè)阻尼比值的平均相對(duì)誤差為-3.97%，相比于方法B與方法C，誤差平均值分別低了8.67、12.25；在1號(hào)測(cè)試點(diǎn)，三種方法阻尼比值的檢測(cè)誤差最大，表明該點(diǎn)阻尼比檢測(cè)難度較大，此時(shí)方法A檢測(cè)阻尼比值的平均相對(duì)誤差為6.25%，相比于方法B與方法C，誤差平均值分別低了8.08、10.79。從總體上看，方法A阻尼比檢測(cè)誤差值更小。

表1 三種檢測(cè)方法阻尼比平均相對(duì)誤差對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)公路預(yù)制梁檢測(cè)中存在的問(wèn)題，提出了基于靜動(dòng)力荷載試驗(yàn)技術(shù)的公路預(yù)制梁檢測(cè)方法，提高了公路預(yù)制梁檢測(cè)中應(yīng)力與阻尼比檢測(cè)的精度。今后將對(duì)公路預(yù)制梁檢測(cè)做更深入的研究，以期為其發(fā)展提供基礎(chǔ)依據(jù)。