南 鵬

（江門市新會區(qū)公路發(fā)展有限公司,廣東 江門 529000）

0 引言

傳統(tǒng)橋梁承載力試驗時，道路必須被封鎖，并且需要技術(shù)人員指導(dǎo)和安排測試車輛，測試流程煩瑣，需要耗費大量人力和物力。而擬靜態(tài)的影響線可以通過小型車輛以規(guī)定路徑低速恒速行駛的方式獲得[1]。小型車輛在橋梁上緩慢行駛，可以得到擬靜態(tài)的影響線，其測量結(jié)果相對穩(wěn)定。與傳統(tǒng)的載荷測試相比，擬靜態(tài)的影響線測試更加快捷、方便[2]。小型車輛可以用作輕型載荷，可用于新橋評估、老橋承載能力評估以及橋梁的承載能力評估。

1 工程概況

某公路橋梁，總長270.66 m，采用13 個跨度為20 m的跨徑組合。橋?qū)挒?1.2 m，橫向?qū)ΨQ設(shè)置，分別為兩側(cè)0.5 m 護(hù)欄、兩側(cè)10.25 m 凈寬橋面和中央1.5 m 隔離帶[3]。該橋梁采用C40 簡支RC T 型梁作為上蓋，下蓋為帶肋板平臺、柱式墩和樁基。該橋梁主要承受了汽-20 和懸掛-100 兩種荷載，并于1993 年完工并投入使用。目前，該橋采用13 cm C40 水泥路面+7 cm 瀝青路面進(jìn)行路面鋪設(shè)。該橋的5×20 mT 梁連接示意圖如圖1 所示。

圖1 15×20 mT 梁連接示意圖

2 輕荷載試驗方法

該研究使用了擬靜態(tài)效應(yīng)試驗機來進(jìn)行試驗。在一臺試驗機的受載條件下，對該橋進(jìn)行了變形及變形影響試驗。基于這些試驗結(jié)果，來將其轉(zhuǎn)化為常規(guī)加載實驗中的加載效率和校正因子[4]。通過這種轉(zhuǎn)化，確保了加載效率和校正因子在0.85～1.05 的范圍內(nèi)，并與現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相一致。這使得能夠快速評定新橋和老橋在線性彈塑性狀態(tài)下的承載力。

校驗系數(shù)是評價橋梁承載力的一項關(guān)鍵參數(shù)，其數(shù)學(xué)公式為：

式中，Se——試驗荷載狀態(tài)下的彈性位移值和彈性撓度值；Ss——試驗荷載狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)位移值和結(jié)構(gòu)撓度值。

將公式（2）代入公式（1），可以得到校驗系數(shù)的剛度數(shù)學(xué)表達(dá)式（3）：

式中，M——橋梁荷載對任意斷面的彎矩；y——這一位置至斷面中軸線的長度；EI——橫梁的抗彎剛度；EsIs——理論上的彎曲剛度；EeIe——實測位移對應(yīng)抗彎剛度。

從式（2）和式（3）可以觀察到，結(jié)構(gòu)的位移校驗系數(shù)在形式上可以通過位移值轉(zhuǎn)化為剛度值，如圖2所示。

圖2 受集中力作用的簡支梁

可以看出，當(dāng)一個集中力被施加于一個簡單的梁體時，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)，可以得出一個簡單的撓曲方程式（4）：

將式（4）代入式（1），得到撓度校驗系數(shù)也由剛度定義，其計算公式如下：

從橋梁變形的角度來考慮，可以將變形量轉(zhuǎn)化為剛性量。同樣地，也可以用相應(yīng)的彎曲剛度與相應(yīng)的彎曲剛度之比來確定偏移校正因子。在線性彈性下，校驗系數(shù)與其剛度相關(guān)。校驗系數(shù)為一個常數(shù)，不依賴于加載車的自重和位置。然而，在對橋梁進(jìn)行載荷實驗時，分期加載是一個外荷載逐漸增加的過程[5]。因此，可以得出結(jié)論：在每個載荷加載條件下，加載效率與校驗系數(shù)之間存在一定的函數(shù)關(guān)系；在重荷載與輕荷載下，校驗系數(shù)之間也存在一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，就可以根據(jù)輕型荷載的荷載效應(yīng)，得到重型荷載作用下的結(jié)構(gòu)檢驗因子。在此基礎(chǔ)上，將其與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，可以對其進(jìn)行綜合評價[6]。因此，在分析函數(shù)關(guān)系時，設(shè)定輕度荷載的荷載效率設(shè)定為小于0.84，并分為五個區(qū)間，分別是0.75～0.84、0.65～0.74、0.55～0.64、0.45～0.54、0.3～0.44。同時設(shè)定重度荷載的荷載效率為≥0.84。然后通過作差的方式對重載荷和所劃分的輕載荷下的校驗系數(shù)進(jìn)行了計算，進(jìn)而得出公式（6）和公式（7）：

式中，Δa——絕對差值；ζ——重荷載狀態(tài)下的校驗系數(shù)（包括位移校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)）；ζn——輕荷載狀態(tài)下的校驗系數(shù)（包括位移校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)），n=1～5；Δr——相對差值。

采用四分位方法，對計算出的每一座橋梁在不同載荷效率下的結(jié)構(gòu)變形（或撓度）校正因子差異進(jìn)行分析，得出校正因子差異的幅度并構(gòu)建其與其相應(yīng)的載荷效率之間的關(guān)系式。結(jié)合組合差異的幅度，結(jié)合公式（6）、（7）等，能夠計算出在重荷載下的校驗系數(shù)。Δr-η校正回歸方程如表1、2 所示。

表1 鋼筋混凝土梁橋位移校驗系數(shù)差值范圍

表2 鋼筋混凝土梁橋撓度校驗系數(shù)差值范圍

3 基于影響線跑車加載的橋梁承載力評估

3.1 試驗工況

影響線試驗分兩種工況進(jìn)行。

工況1：試驗車輛以小于5 km/h 的恒速行駛，在橋面間距為2.4 m 的位置進(jìn)行試驗，并對試驗車輛進(jìn)行驗證。測試車輛的軸距為1.45 m、軸重為9.94 t。

工況2：試驗車輛以小于5 km/h 的恒速行駛，在橋面間距為4.2 m 的位置進(jìn)行試驗，并持續(xù)收集和記錄數(shù)據(jù)。測試車輛的軸距為4.10 m、軸重為13.46 t[7]。

具體影響線試驗布置如圖3～5 所示。

圖3 影響線測試工況橫斷面（m）

圖4 影響線測試工況平面布置（m）

圖5 跨中截面撓度與位移測點（m）

3.2 承載力評估

在進(jìn)行加載后，影響線測試儀會對每個測點處的變形量進(jìn)行匯總。按照載荷試驗規(guī)范，采用整個跨段斷面的變形量來進(jìn)行加載[8]。從而得出了在影響工況1、2 狀態(tài)下的加載效果，見表3。

表3 輕荷載試驗荷載效率系數(shù)

根據(jù)表格3 所示，可以得出工況1 和工況2 狀態(tài)下的偏轉(zhuǎn)輕載系數(shù)為0.3～0.84。可以采用線性回歸公式進(jìn)行推算。根據(jù)該橋梁的1 號、2 號、3 號、4 號和7 號測點的理論值和實測值，能夠計算出在輕荷載狀態(tài)下的位移校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)。進(jìn)而可以根據(jù)兩個校驗系數(shù)的回歸公式，將輕荷載校驗系數(shù)轉(zhuǎn)化為重荷載效率（在0.85～1.05 區(qū)間內(nèi)）的校驗系數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 輕荷載校驗系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹睾奢d校驗系數(shù)數(shù)據(jù)

統(tǒng)計輕荷載與重荷載校驗系數(shù)各自的分布范圍，得出的結(jié)論見表5 和表6。

表5 位移校驗系數(shù)分布范圍

表6 撓度校驗系數(shù)分布范圍

從表4～6 可以看出，輕荷載下的校正因子變?yōu)橹睾奢d下的校正因子后，各個測點的位移校正因子均小于1，而3、4 測點的位移校正因子卻大于1，這表明整個大橋處于一種彈性工作狀態(tài)，其承載力未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

綜上所述，該文基于某公路的橋梁工程，提出基于影響線跑車加載的橋梁承載力快速評估方法，并設(shè)置兩種工況的影響線跑車加載試驗，試驗快速、準(zhǔn)確地檢測出該橋梁處于一種彈性工作狀態(tài)，其承載力未達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。由此可以看出，該文提出方法能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測方法，節(jié)省大量人力物力，有效提高橋梁承載力檢測效率。