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        橋梁檢測動靜荷載試驗(yàn)應(yīng)用

        2023-11-14 20:57:26周帆
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2023年20期
        關(guān)鍵詞:橋梁荷載系數(shù)

        周帆

        (江西省交通工程質(zhì)量監(jiān)督站試驗(yàn)檢測中心,江西南昌 330000)

        0 引言

        公路橋梁的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性對整個交通運(yùn)行水平有直接影響,也關(guān)系到當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)與社會發(fā)展。在橋梁工程建設(shè)以及運(yùn)維管理的過程中,充分利用動靜荷載試驗(yàn)檢測的方法,及時掌握目前的橋梁工程運(yùn)行情況,發(fā)現(xiàn)問題采取針對性的處理措施,有效規(guī)避各種質(zhì)量和安全問題,能夠提高橋梁運(yùn)行的總體效果。為此,需要對橋梁的動靜荷載試驗(yàn)檢測方法進(jìn)行深入研究,使其應(yīng)用更加科學(xué)合理、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果更加準(zhǔn)確有效,從而更好地服務(wù)于橋梁事業(yè)。采取案例分析的方法,可使研究分析更加直觀、更加切合實(shí)際,故采取結(jié)合某橋梁動靜荷載試驗(yàn)檢測實(shí)際案例進(jìn)行分析論證。

        1 荷載試驗(yàn)

        動靜荷載檢測對橋梁工程質(zhì)量檢測有重要意義,能夠直觀、準(zhǔn)確地掌握橋梁的運(yùn)行參數(shù),如橋梁的受力、承載性能等參數(shù),進(jìn)而判斷橋梁是否出現(xiàn)質(zhì)量問題,對橋梁施工與養(yǎng)護(hù)工作的高效開展有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中,可以將動靜荷載檢測相結(jié)合。

        在靜載試驗(yàn)階段,檢測人員需要給橋梁施加靜力荷載,然后檢測橋梁的多方面性能,通過分析檢測結(jié)果,對比理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差異,分析梁體結(jié)構(gòu)的撓度、應(yīng)力變化情況,從而得出受力條件和承載力性能數(shù)據(jù)。

        動載試驗(yàn)就是在不同速度的作用下,給橋梁施加橫向、豎向的振動,進(jìn)行動應(yīng)變、動位移參數(shù)檢測,然后確定橋梁的振動特性以及動力系數(shù),分析動載條件下橋梁的運(yùn)行狀態(tài)。在承載力分析環(huán)節(jié),一般通過參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,即可得到準(zhǔn)確的結(jié)果,如果梁體的結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜,檢測人員獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)后,需與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對比分析,并建立有限元模型展開數(shù)據(jù)分析。建設(shè)有限元模型時,檢測結(jié)果與設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)數(shù)據(jù)差異較大,檢測人員要及時從物理系數(shù)、幾何參數(shù)方面進(jìn)行修正,改進(jìn)有限元模型,使有限元模型能夠準(zhǔn)確反映出橋梁的具體情況[1]。

        2 橋梁荷載檢測方法分析

        2.1 靜載試驗(yàn)方法

        2.1.1 控制截面選擇

        控制截面是指進(jìn)行靜載試驗(yàn)時,對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載施加的特定截面位置。合理選擇控制截面可以準(zhǔn)確測量和評估橋梁在靜態(tài)荷載作用下的變形和應(yīng)力情況,以下是靜載試驗(yàn)中控制截面選擇的要點(diǎn):

        第一,選擇控制截面時,需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)的具體位置和功能,通常選擇位于主梁、橋墩或橋臺等關(guān)鍵位置的截面進(jìn)行試驗(yàn),以獲得較為全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。第二,不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)有不同的特點(diǎn)。選擇控制截面時,應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造特點(diǎn)和荷載傳遞機(jī)制,以確保試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確反映整個結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況和性能。第三,在靜載試驗(yàn)中,應(yīng)選擇能夠反映結(jié)構(gòu)受力狀況和變形分布的關(guān)鍵控制截面。這些截面通常在梁底或梁頂?shù)任恢茫軌颢@得更具代表性的試驗(yàn)結(jié)果。第四,選擇控制截面時,應(yīng)考慮測量設(shè)備的安裝和布置,以確??梢詼?zhǔn)確測量截面的變形和應(yīng)力情況。同時,應(yīng)確保荷載的施加方式和位置可控,以滿足試驗(yàn)需要。選擇控制截面后,需要進(jìn)行合適的荷載施加和試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置,通常包括施加載荷的類型、大小和施加速度等,以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

        2.1.2 確定試驗(yàn)荷載

        在荷載試驗(yàn)階段,檢測人員以橋梁控制橫截面的變形、內(nèi)力等為依據(jù),組合計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)信息,并根據(jù)內(nèi)力影響線進(jìn)行布載分析,得出最終試驗(yàn)荷載。此外,為了提高荷載試驗(yàn)的效果,檢測人員需結(jié)合具體的情況選擇最佳的荷載效率系數(shù),一般該系數(shù)為0.80~1.05。

        2.1.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)與分析

        在靜載試驗(yàn)中,校驗(yàn)系數(shù)是指在試驗(yàn)荷載作用下,結(jié)構(gòu)應(yīng)變(應(yīng)力)或變形實(shí)測值與相應(yīng)的理論計(jì)算值的比值,可用于評價(jià)與分析橋梁的使用情況。如果系數(shù)大于1,說明橋梁性能較差,安全性不足;如果系數(shù)等于1,說明滿足使用要求;如果系數(shù)小于1,說明結(jié)構(gòu)性能比較好,承載性能還存在一定富余量,有較高的安全儲備。一般來說,不同的橋梁結(jié)構(gòu),其撓度、校驗(yàn)系數(shù)有一定的差異,所以要通過具體的試驗(yàn)對橋梁的使用狀況進(jìn)行分析[2]。

        2.2 動載試驗(yàn)的方法

        目前,主要應(yīng)用跑車試驗(yàn)、脈動試驗(yàn)、跳跑車試驗(yàn)等動載試驗(yàn)方法。在動載試驗(yàn)開始之前,需要明確試驗(yàn)的目的和要求,并根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的試驗(yàn)方法。

        跑車試驗(yàn)主要是基于車輛在橋梁路面行駛過程中產(chǎn)生的振動,通過獲取橋梁的振動衰減、振動響應(yīng)等數(shù)據(jù),分析橋梁是否能夠滿足使用要求。在外部影響因素的作用下,橋梁結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生輕微的振動,這種振動被稱為脈動。通過分析脈動特性,可以了解橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能。脈動頻率中包含許多信息,其中最主要的是固有頻率諧量,檢測人員可通過脈沖試驗(yàn)分析橋梁的固有頻率諧量,進(jìn)而分析其健康狀況。

        在跳車試驗(yàn)中,需要在橋梁上選取合適部位,安裝三角墊塊,然后讓試驗(yàn)車輛的后輪從墊塊中下落,以沖擊橋梁結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生豎向振動。通過分析相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù),了解橋梁結(jié)構(gòu)的振動情況,對橋梁結(jié)構(gòu)的振動特征進(jìn)行分析,以了解橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況。

        3 工程概況

        某橋梁項(xiàng)目建設(shè)長度為155m,由兩座不同時期建設(shè)的橋梁共同組成,兩座橋梁間隔3.35m 的距離,跨徑相同,應(yīng)用的是預(yù)應(yīng)力簡支T 梁的結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)過對現(xiàn)場勘察了解到,該橋梁采用的是雙柱式加蓋梁墩、臺和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面采用雙向車道的形式,寬度分別為9m、7m,南北兩側(cè)設(shè)置人行道。該橋梁投入運(yùn)營的時間比較長,現(xiàn)場結(jié)構(gòu)損壞問題比較嚴(yán)重,故對其進(jìn)行荷載試驗(yàn)分析。

        4 案例橋梁試驗(yàn)檢測

        4.1 檢測內(nèi)容

        在荷載試驗(yàn)檢測環(huán)節(jié),通過動靜載試驗(yàn),分析主梁結(jié)構(gòu)承載性能,確定橋梁主體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài),以便為后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)提供依據(jù)。

        4.2 布置測點(diǎn)

        對橋梁進(jìn)行綜合分析,掌握橋梁主體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況,并合理進(jìn)行測點(diǎn)位置的布設(shè)。按照試驗(yàn)檢測的要求,將橋墩從南到北編號為1~12 號,橋臺為0~13號。按照現(xiàn)場試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),選擇11 號跨和10 號跨進(jìn)行檢測。選擇兩點(diǎn)為位移檢測點(diǎn),設(shè)置在簡支梁的支點(diǎn)、跨中截面的部位,監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)據(jù)信息。

        4.3 加載試驗(yàn)

        在橋梁主體結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)中,選擇跨中加載方式,加載重量為20t。分析橋跨主體結(jié)構(gòu)的性能參數(shù),進(jìn)而分析其質(zhì)量情況。

        對主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力試驗(yàn)檢測,采用加載車載重量的方式。

        5 靜荷載試驗(yàn)結(jié)果分析

        5.1 荷載分布

        5.1.1 荷載試驗(yàn)系數(shù)分布情況

        第一,現(xiàn)場進(jìn)行取樣檢測,掌握各項(xiàng)測試的數(shù)據(jù)信息,并確定計(jì)算、分析方案。第二,跨中截面計(jì)算環(huán)節(jié),采用彈性連續(xù)性計(jì)算方式。第三,在此次試驗(yàn)檢測過程中,將荷載系數(shù)分為人群系數(shù)與汽車系數(shù)。人群系數(shù)1、2、3 號梁分別是0.713、0.457、0.2;汽車系數(shù)1、2、3 號梁分別是0.47、0.476、0.4。

        5.1.2 分析結(jié)果

        通過對各項(xiàng)試驗(yàn)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),偏載發(fā)生后,一般會在三片梁中傳輸,說明橋梁的橫向剛度不高。根據(jù)荷載試驗(yàn)測試結(jié)果,荷載橫向分布的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果存在較大誤差,這是因?yàn)榕c荷載中心距離較遠(yuǎn)的梁體結(jié)構(gòu)分擔(dān)荷載能力不足[3]。

        5.2 主梁承載力試驗(yàn)

        對主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載試驗(yàn),確定其彎矩參數(shù)。

        荷載試驗(yàn)效率處于0.96~1.18 之間,荷載增加的情況下彎矩也隨之升高,這時的試驗(yàn)彎矩達(dá)到了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

        計(jì)算、分析位移參數(shù),得出加載效率符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算撓度校驗(yàn)系數(shù),處于0.621~1.28 之間,得出橋梁承載性能不足20t。

        5.3 應(yīng)力應(yīng)變

        應(yīng)力應(yīng)變檢測階段,現(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)節(jié)通過電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成,進(jìn)行10、11 號跨的應(yīng)力應(yīng)變檢測,設(shè)置5 個測點(diǎn)。分析試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算值小于跨中應(yīng)變最小值,說明橋梁荷載能力不能達(dá)到工程要求。

        5.4 混凝土應(yīng)變檢測

        目前,應(yīng)變檢測主要應(yīng)用應(yīng)變測試分析系統(tǒng)、電阻應(yīng)變片系統(tǒng)。對10、11 號跨的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測。根據(jù)檢測結(jié)果,跨中混凝土應(yīng)變最大值和計(jì)算值相同,說明10、11 號跨的混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力性能標(biāo)準(zhǔn)。同時,檢測上述混凝土結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力最大值,得出該結(jié)構(gòu)存在裂縫。

        5.5 綜合評定

        經(jīng)試驗(yàn)檢測與綜合分析,認(rèn)為該橋梁的承載性能不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。如果依然投入使用,容易引發(fā)安全事故,所以要及時進(jìn)行修復(fù)處理。

        6 動荷載試驗(yàn)

        6.1 基本內(nèi)容

        第一,檢測橋梁在動荷載條件下的自振頻率。

        第二,采用載重汽車,以不同速度對10、11 號跨進(jìn)行行駛激振,獲取沖擊荷載參數(shù)信息,記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息,用以分析橋梁特性[4]。

        6.2 橋梁阻尼比和自振頻率

        分析橋梁動力特性時,目前主要應(yīng)用自譜分析法,基于車輛的不同速度行駛速度,進(jìn)行時域波形和自譜分析。按照目前的車載運(yùn)行條件分析,設(shè)定阻尼比與自振頻率參數(shù),按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范展開試驗(yàn)操作。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),該橋梁的阻尼比超出正常范圍,自振頻率也大于正常值。同時,將實(shí)際測量頻率與計(jì)算頻率對比分析,發(fā)現(xiàn)實(shí)際測量頻率較小,說明橋梁的剛度不足。

        6.3 通行汽車的沖擊系數(shù)

        從橋梁位移測試、動荷載應(yīng)變測試的測點(diǎn)中挑選3 個信號相對好的測點(diǎn),分析相應(yīng)數(shù)據(jù),動荷載應(yīng)變參數(shù)為1.26。通過分析應(yīng)變波形,確定汽車對橋梁的沖擊系數(shù)為1.21。

        6.4 分析動荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        經(jīng)過對橋梁動荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn),該橋梁的自振頻率相對較小,說明結(jié)構(gòu)性能較差。經(jīng)過對每項(xiàng)數(shù)據(jù)展開分析,結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和與現(xiàn)場檢查結(jié)論,得出該橋梁損壞情況嚴(yán)重,承載性能不達(dá)標(biāo),應(yīng)及時采取養(yǎng)護(hù)措施。

        7 動靜荷載試驗(yàn)結(jié)論

        第一,將試驗(yàn)檢測結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比,得出該橋梁的承載性能不合格。

        第二,因T 梁腹板結(jié)構(gòu)的尺寸比較小,主梁結(jié)構(gòu)的承載性能已經(jīng)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求,該橋梁如果繼續(xù)使用,易引發(fā)安全事故。

        第三,按照我國當(dāng)前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,該橋梁應(yīng)滿足Ⅱ級荷載標(biāo)準(zhǔn),但經(jīng)過荷載試驗(yàn)分析,其已無法達(dá)到該要求,將確定該橋梁為危橋。

        8 橋梁檢測動靜荷載試驗(yàn)控制措施

        8.1 提高檢測人員技術(shù)水平

        在橋梁動靜荷載檢測過程中,檢測人員技術(shù)水平對檢測結(jié)果有直接影響。檢測人員需要具備較高的操作水平,以保證各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。因此,相關(guān)單位必須加強(qiáng)對檢測人員的思想教育和執(zhí)業(yè)能力培訓(xùn),并定期對各級檢測人員進(jìn)行綜合性的考核、評估,促進(jìn)檢測人員不斷提高自身綜合素質(zhì)和工作能力,保證各項(xiàng)檢測工作順利開展[5]。

        8.2 加強(qiáng)設(shè)備應(yīng)用和管理

        在橋梁荷載檢測過程中,設(shè)備儀器有重要作用,對檢測效果產(chǎn)生直接影響。為了提高檢測結(jié)果的精確性,必須對儀器設(shè)備進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。在儀器設(shè)備的應(yīng)用過程中,需要做好各方面的管理工作,落實(shí)各項(xiàng)維護(hù)和保養(yǎng)措施,確保設(shè)備正常運(yùn)行。

        第一,采購設(shè)備時,需要關(guān)注設(shè)備的性能和質(zhì)量,以提高檢測的水平。第二,設(shè)備進(jìn)入檢測現(xiàn)場后,檢測人員需要對設(shè)備進(jìn)行全面檢查。第三,儀器設(shè)備使用過程中,檢測人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范化流程進(jìn)行操作,提高檢測效果。第四,為了保持設(shè)備的精度和性能,需定期組織設(shè)備保養(yǎng)工作,包括清潔、潤滑和調(diào)整精度等,為精準(zhǔn)檢測提供保障。

        9 結(jié)語

        橋梁工程作為重要基礎(chǔ)設(shè)施,建設(shè)數(shù)量日益增多,對社會的發(fā)展有重要意義。但是在橋梁投入使用后,由于交通量、超載車輛的增多,橋梁的損壞問題非常嚴(yán)重,案例橋梁的表現(xiàn)尤為典型。分析對案例橋梁實(shí)施動靜荷載試驗(yàn)檢測的方法、過程和結(jié)果,同時驗(yàn)證加強(qiáng)動靜荷載檢測方法的應(yīng)用,分析各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù),以期為相關(guān)工作人員提供參考,在工作中及時掌握橋梁的使用情況,為橋梁維護(hù)提供依據(jù),從而保障橋梁的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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