朱博文 殷立輝* 王陽 張云康 穆雨彤

（1 黑龍江大學建筑工程學院；2 黑龍江大學水利電力學院）

0 引言

近年來，隨著我國的工程建設(shè)水平高速發(fā)展，各式各樣的橋梁層出不窮。因此對橋梁的檢測和質(zhì)量要求更高。橋梁檢測的方法分為動載試驗、靜載試驗、無損檢測。其中靜載試驗是了解結(jié)構(gòu)特性的重要手段.一般用來直接解決結(jié)構(gòu)的靜力問題，并且在進行結(jié)構(gòu)動力試驗時也要先進行靜載試驗以測定結(jié)構(gòu)有關(guān)的特性參數(shù)。它最大的優(yōu)勢在于加載設(shè)備相對來說比較簡單，荷載可以逐步施加，并且可以隨時停止，以便仔細觀察結(jié)構(gòu)變形的發(fā)展，給人們以最明確和清晰的概念。本文采用Midas Civil 等軟件對一實際工程案例進行建模測算，并且結(jié)合圖表進行了一系列數(shù)據(jù)分析。

1 橋梁概況

龍崗橋位于西二路與濱洲線相交處，位于大慶讓胡路區(qū)后龍崗。主線跨越、康平街、濱洲鐵路、哈齊客運專線、一條鐵路專用線及一條遠期鐵路專用線、中三路。橋梁建設(shè)共分為二期。

橋梁主體建設(shè)一期包括A 線、W 線、E 線，主橋A 線長887.38m，其中主橋長444.24m，橋?qū)挒?7.5～34.5m，雙向四車道，引道長219.52m，引道寬17.5m；W 線全長402.47m，其中匝道橋長116m，橋?qū)?.5m，單向單車道；E線全長402.47m，其中匝道橋長116m，橋?qū)?.5m，單向單車道，A線、W線、E線由大慶市高薪技術(shù)開發(fā)區(qū)設(shè)計院設(shè)計，于2006年正式通車。本文選擇A線分叉橋做橋梁靜載試驗。A 線起點至A3#墩橋跨中心線，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）；A8#墩～A13#墩橋跨中心線，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m～33.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）；A13#墩橋跨中心線至終點，橫斷布置為：0.4m（防撞墻）+16.7m（機動車道）+0.4m（防撞墻）。

2 檢測與評價方法

進行橋梁靜載試驗的目的是測量在運行狀態(tài)下的各個重要截面在靜載作用下的應(yīng)力變化是否等同于設(shè)計值。靜載試驗是防止橋梁在使用過程中出現(xiàn)問題的重要手段之一。

2.1 試驗效率

常規(guī)橋梁驗收性荷載試驗的控制荷載應(yīng)采用現(xiàn)行行業(yè)標準規(guī)定的汽車和人群荷載標準值，當設(shè)計另有規(guī)定時，應(yīng)從其規(guī)定。特大橋或結(jié)構(gòu)體系復雜橋梁的驗收性荷載試驗，其控制荷載宜通過內(nèi)力或變位計算值與設(shè)計值核驗后確定。鑒定性荷載試驗的控制荷載應(yīng)按原設(shè)計荷載或目標荷載選用；對結(jié)構(gòu)檢測和檢算后認定承載能力不足的橋梁，可降低控制荷載等級。

靜力荷載試驗效率ηs，是某一控制截面在試驗荷載作用下的計算效應(yīng)與該截面對應(yīng)設(shè)計控制效應(yīng)的比值。靜力荷載試驗效率ηs，對驗收性荷載試驗，宜介于0.85～1.05 之間；對鑒定性荷載試驗，ηs宜介于0.95～1.05 之間。本次試驗以設(shè)計荷載作為控制荷載，結(jié)合本項目實際情況，ηq宜介于0.95～1.05 之間。ηs應(yīng)按以下公式計算：

式中：

ηs——靜力試驗荷載效率；

Sstat——為某一加載試驗項目對應(yīng)的加載控制段內(nèi)力、應(yīng)力或位移的最大計算影響值；

SK——是由校核荷載產(chǎn)生的同一荷載控制截面的內(nèi)力、應(yīng)力或位移的最不利影響的計算值；

（1+μ）——μ為根據(jù)規(guī)范取的沖擊系數(shù)值。

2.2 實驗加載方法

為了探究實驗荷載效率變化規(guī)律，并且最大程度的保護結(jié)構(gòu)，防止其因為荷載過大發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，所以我們進行分級加載，分級加載致最大荷載后卸載。試驗前在橋面預(yù)先畫出加載位置，加載時試驗荷載應(yīng)按規(guī)定順序準確就位，卸載時試驗荷載退出橋梁結(jié)構(gòu)試驗影響區(qū)。

⑴橋梁靜載試驗應(yīng)當在溫度濕度等指標較為適宜的時間段內(nèi)進行。

⑵靜力試驗荷載持續(xù)時間，原則上取決于結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定所需要的時間，只有結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定后，才能進入下一荷載階段。同一級荷載內(nèi)，若結(jié)構(gòu)變位最大的測點在最后5 分鐘內(nèi)的變位增量小于第一個5 分鐘變位增量的15%，或小于所用測量儀器的最小分辨值，即認為結(jié)構(gòu)變位達到相對穩(wěn)定［1］。

⑶全部測點在正式加載試驗前均應(yīng)進行零級荷載讀數(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)變位達到相對穩(wěn)定后，進入下—級荷載之前再讀數(shù)—次［2］。

⑷靜載試驗終止條件

在進行橋梁靜力荷載試驗的過程中如果發(fā)現(xiàn)以下情況應(yīng)當立即停止實驗，弄清楚故障原因，防止造成經(jīng)濟損失或人員傷亡：

①各個主要測點的撓度值及應(yīng)變值有一個或以上達到了理論值；

②梁上裂縫的深度、長度、寬度以及數(shù)量顯著增加或增大，有崩壞趨勢時；

③撓度分布不均；

④橋體出現(xiàn)崩角，異響等其他情況。

3 實驗方案

本次荷載試驗計算模型見圖1。

圖1 A線17m+17.23m連續(xù)分叉箱梁有限元計算模型

3.1 測點布置

根據(jù)理論計算及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，應(yīng)變及撓度測點布置見圖2。

圖2 控制截面B-B應(yīng)變測點布置示意圖（cm）

圖3 控制截面C-C應(yīng)變測點布置示意圖（cm）

A 線17m+17.234m 連續(xù)分叉箱梁（A6～A8 墩間橋跨）：在試驗跨外側(cè)半幅的控制截面B-B 梁底及腹板布置應(yīng)變測點，共計11 個測點；控制截面C-C 腹板布置應(yīng)變測點，共計3個測點。測點布置示意圖見圖2～圖4。

圖4 控制截面B-B撓度測點布置示意圖（cm）

3.2 試驗車及加載工況

本橋設(shè)計荷載采用城-A 級（設(shè)計規(guī)范：城市橋梁設(shè)計荷載標準（CJJ 77-98）），根據(jù)各測試截面的內(nèi)力影響線，按最不利位置加載，在保證各主要測試截面試驗荷載效率系數(shù)η至少達到0.95 以上的條件下，經(jīng)計算確定靜載試驗加載車重量：45.9t，加載車輛數(shù)目取2～4輛。試驗車輛參數(shù)見圖5，試驗加載車實際軸重及軸距見表1。

表1 試驗加載車軸重及軸距 （kN）

圖5 靜載試驗加載車輛

結(jié)合橋梁實際現(xiàn)場情況，確定本次靜載試驗的加載工況及相應(yīng)檢驗項目見表2。

表2 靜載試驗加載工況及測試該作品匯總

3.3 加載車位及試驗效率

試驗車輛分級加載布置見圖6，工況試驗荷載效率見表3。

表3 工況試驗荷載效率

圖6 工況1試驗車輛分級加載布置圖（單位：cm）

由表3 結(jié)果可知，腹板的試驗荷載效率在0.82 至1.03之間，均在正常范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。

4 靜載試驗檢測結(jié)果

4.1 應(yīng)變測試結(jié)果與分析

在進行應(yīng)變數(shù)據(jù)對比分析時，選取了對應(yīng)加載工況的測試值與對應(yīng)位置的計算值對比分析。表中應(yīng)變值均為在試驗荷載作用下結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變增量，拉應(yīng)變數(shù)值為正值，壓應(yīng)變數(shù)值為負值（單位：με）。試驗工況下的應(yīng)變測試結(jié)果見表4～表6所示。

表4 工況1（滿載）A線第12跨跨中主梁梁底應(yīng)變測點測試結(jié)果

由表4 可知，主梁梁底9 個測點的應(yīng)變相對殘余在5.71%至16.67%之間，均在20%以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

由表5、表6 可知，A 線第12 跨跨中主梁腹板與A 線第12 跨跨中主梁梁底彈性應(yīng)變實測值與計算值相差不大，計算差距在可控范圍之內(nèi)。

表5 工況1（滿載）A線第12跨跨中主梁腹板應(yīng)變測點測試結(jié)果

表6 工況1 A線第12跨跨中主梁梁底應(yīng)變測點分級測試結(jié)果

4.2 撓度測試結(jié)果與分析

試驗工況下主梁豎向撓度測試結(jié)果見表7、表8所示。

表7 工況1（滿載）A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度測試結(jié)果

表8 工況1（滿載）A 線第12 跨主梁B-B截面豎向撓度分級測試結(jié)果

由表7、表8 可知，A 線第12 跨主梁B-B 截面撓度實

5 結(jié)論

⑴截面撓度，應(yīng)變的實測值與計算值基本相似，表明該結(jié)構(gòu)的橫向狀況良好。

⑵理論撓度計算值大于彈性撓度實測值，撓度校驗系數(shù)為0.78～0.95，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求［3］。最大相對殘余變形為16.67%，小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

⑶理論應(yīng)變計算值大于彈性應(yīng)變實測值，應(yīng)變校驗系數(shù)為0.80～0.96，結(jié)構(gòu)強度滿足規(guī)范要求［3］。最大相對殘余應(yīng)變?yōu)?.57%，小于規(guī)范容許值20%。表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。