[論文]公路橋梁承載能力試驗與檢測方法

1、公路橋梁承載能力試驗與檢測方法 1前言 1.1公路橋梁承載力試驗的目的與作用 全國每年都有一大批結(jié)構(gòu)新穎、雄偉壯觀、形式多樣的橋梁建成，無論在橋梁單跨跨度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和施工技術(shù)難度方面，我國橋梁建設(shè)技術(shù)水平已進入世界先進之列。 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和設(shè)計理論都有了根本性的變化，然而影響橋梁工程質(zhì)量的許多不確定因素仍然存在，對于建成后的橋梁工程質(zhì)量，人們更希望了解和掌握其使用性能和效果。 對那些影響較大、結(jié)構(gòu)新穎、隱蔽工程較多的橋梁進行全橋?qū)崢蚝奢d試驗，是竣工驗收時對橋梁工程內(nèi)在質(zhì)量進行評判時最直接和有效的方法和手段。同時亦為設(shè)計理論、施工技術(shù)總結(jié)積累經(jīng)驗，為橋梁建設(shè)的整體水

2、平提高創(chuàng)造條件，為今后橋梁的養(yǎng)護管理提供科學(xué)依據(jù)。 美國一位專家曾說過：“無論多么高新的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)都不能取代用于評估公路大橋性能的現(xiàn)場測試。當(dāng)建筑物承受工作荷載時，記錄下應(yīng)變測試結(jié)果，根據(jù)測試結(jié)果工程師就能更好地了解橋梁的真實結(jié)構(gòu)響應(yīng)?！?1.2新的公路橋梁汽車荷載標(biāo)準(zhǔn) 我國頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTGB012003)，將使用近40年的原公路橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)模式及其分級作了重大調(diào)整。一是將四級標(biāo)準(zhǔn)車隊荷載改為公路I級、公路，級兩級汽車荷載二是汽車荷載采用了國外普遍采用的車道荷載和車輛荷載組成的模式；另外，從形式上取消了驗算荷載，將驗算荷載的影響通過多種途徑間接地反映到

3、汽車荷載模式中。 而公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D 602004)亦提出在公路橋涵設(shè)計時，車道荷載橫向分布系數(shù)應(yīng)按設(shè)計車道數(shù)布置車輛荷載進行計算；同時多車道橋梁上的汽車荷載應(yīng)考慮多車道折減；當(dāng)橋梁計算跨徑大于150m時，還應(yīng)按規(guī)定的縱向折減系數(shù)進行折減；當(dāng)為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時，整個結(jié)構(gòu)應(yīng)按最大的計算跨徑考慮汽車荷載效應(yīng)的縱向折減。 13解讀新的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn) 美國早在?944年就在美國公路橋梁規(guī)范(AASHO)中采用車輛荷載與車道荷載，即雙軌制的活載標(biāo)準(zhǔn)，用以補充活載設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的缺陷與不足。采用車道荷載的最大優(yōu)點是，車道荷載便于在影響線上布載，一旦影響線形狀、面積及最大坐標(biāo)值已知，則加載手續(xù)簡便，計

4、算工作量少而對于特定橋型結(jié)構(gòu)的橋梁，其內(nèi)力影響線又是一定的。所以，為簡化橋梁活載標(biāo)準(zhǔn)，同時也是為了更加符合橋梁實際使用情況，我國公路橋梁的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)采用國際上常用模式是利多弊少的。 對于新的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)，通用規(guī)范的條文說明是： 原規(guī)范汽車荷載的計算圖式是一輛加重車和具有規(guī)定間距的若干輛標(biāo)準(zhǔn)車組成的車隊表示的，實踐表明這種圖式對人工和計算機加載計算都不很方便，且計算效應(yīng)隨橋梁跨徑的變化是不連續(xù)的。而采用由均布荷載qk組成的圖式，只要知道橋梁的影響線面積和最大豎坐標(biāo)，荷載效應(yīng)即可計算出來，并且這些影響線面積和豎坐標(biāo)值可在橋梁設(shè)計的有關(guān)手冊查得或通過較為簡單的計算得到。 規(guī)范所規(guī)定的車道荷載實際上

5、是一個虛擬荷載，它的標(biāo)準(zhǔn)值qk和pk是由對汽車車隊(車重和車距)的測定和效應(yīng)分析得到的。 在橋梁設(shè)計時，為取得主梁的最大受力，汽車荷載在橋面上需要偏心加載，其方法仍可用車輛荷載偏心加載，從而得到汽車荷載橫向分布系數(shù)。 為適應(yīng)新的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)，在進行公路橋梁承載力試驗和檢測時，則應(yīng)重點測試橋梁的內(nèi)力縱向影響線和荷載橫向分布系數(shù)，進而分析評定橋梁的實際承載能力。 2公路橋梁承載能力試驗與檢測方法 2.1橋梁承載能力定量檢測程序 對公路橋梁實施荷載試驗用于檢測和評定其承載能力和實際狀況，應(yīng)遵循內(nèi)外相統(tǒng)一的因果規(guī)律，通過由現(xiàn)象到本質(zhì)、由表及里的深化認識和跟蹤，從檢測和現(xiàn)場荷載試驗入手，尋求橋梁現(xiàn)狀和承

6、載力的定性關(guān)系，從而確定橋梁具體測試方案、測試孔跨及其測試部位，按逐級加載的多工況實施靜態(tài)測試；按不同車速進行動態(tài)測試；利用應(yīng)力釋放原理，施測結(jié)構(gòu)自重恒載應(yīng)力(有條件和具有相應(yīng)測試儀器可考慮做此項測試工作)及混凝土彈性模量；對結(jié)構(gòu)幾何尺寸作空間變形觀測；對混凝土材料標(biāo)號用綜合法作探測試驗等等。在一系列實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將實測值與理論值作相似條件下的對比分析，以校驗系數(shù)作為指標(biāo)參數(shù)和合理性的衡量標(biāo)準(zhǔn)。由此，對得出的承載力指標(biāo)，再經(jīng)過可靠度分析和實際狀況評定，從而確定橋梁實際承載能力和實際狀況。 2.2橋梁縱向影響線的測試 反映橋梁承載力的主要指標(biāo)當(dāng)數(shù)各控制截面的內(nèi)力或應(yīng)力，按新規(guī)范要求，當(dāng)橋梁的

7、縱向影響線和最大豎坐標(biāo)已知后，荷載作用效應(yīng)(內(nèi)力或應(yīng)力)即可得到，橋梁的承載能力也就知道。 下面結(jié)合工程實例，介紹采用雙軸荷載測定橋梁控制 截面內(nèi)力縱向影響線的方法，進而對橋梁承載能力進行評定。 3拱橋承載能力測試實例 3.1黃花大橋概況 黃花大橋位于江西省萍鄉(xiāng)市的320國道上，是一座鋼筋混凝土雙曲拱橋，全長188m，主橋三跨，每跨凈距28.5m。主橋設(shè)計荷載汽-13，拖-60，橋面凈寬7.3m，無人行道，矢跨比16，設(shè)計拱軸系數(shù)M=2.20，主拱圈寬度為8m，拱圈厚0，88m，立柱式腹拱墩。下部構(gòu)造為：15#片石混凝土實體墩和橋臺，橋墩頂寬2.5m，基礎(chǔ)均為明挖擴大基礎(chǔ)。 3.2測定主拱圈縱

8、向影響線 為測定主拱圈混凝土和鋼筋應(yīng)力沿拱跨縱向分布情況，即縱向影響線，測試時采用兩輛“羅曼”車偏下游布載，共計10個車位(如圖1所示)。 為了測得縱向影響線，須采用圖1方式布載，將一輛雙軸汽車順橋向布置在各載位上，所得某測點相應(yīng)的應(yīng)變示于相應(yīng)載位的縱坐標(biāo)上，并用迭代法求得該測點位置影響線縱坐標(biāo)值。 為了求得某測點的縱向影響線峰值，應(yīng)首先把荷載的后軸置于該測點的位置上，然后以此遞推其他載位。如圖1中載位載位的載位系列可求得拱頂截面上各測點的影響線峰值，因為其中載位的后軸正好位于拱頂截面上。 但對L4等位于縱粱上的各測點與上述載位系統(tǒng)中各載位的后軸作用位置不重合，只能求得這些測點在這些載位下的影

9、響值，而無法直接求得這些測點的影響線峰值。 為了能實測到該測點的峰值，可在此點布置另一載位的后軸，并向前或向后遞推到其它載位，直到橋面的一端，組成一個補充載位系列。如圖1所示，為了補充截面L4的峰值，補充載位系列為載位11和13組成，載位13的后軸作用點在截面L4上。為了保證數(shù)據(jù)正確，荷載要準(zhǔn)確稱重，作用點位置要盡可能對準(zhǔn)。 3.3橋梁荷載橫向分布系數(shù)測定 為測定橋梁的荷載橫向分布情況，分別在試驗孔拱頂和L4截面加載測得主拱圈撓度，進而求得橋梁的實際橫向分布系數(shù)。 加載為兩輛各重300kN“大交通”偏下游布置. 3.4大橋承載能力測試結(jié)果 由實測的橋梁荷載橫向分布系數(shù)可知，大橋各肋分配內(nèi)力較均

10、勻，整體性能較好。 在兩輛“羅曼”車作用下，無論是跨中截面的混凝土和鋼筋應(yīng)力，還是L4和拱腳截面混凝土應(yīng)力，其沿橋跨的縱向分布情況，以及相應(yīng)的縱向影響線均和理論情況相吻合。說明該橋的施工質(zhì)量和使用性能較好。拱上建筑與拱圈聯(lián)合作用明顯。 4連續(xù)箱梁橋承載能力測試實例 4.1大橋概況 江西吉安贛江公路大橋全長1577.08m.全橋橋孔布置為3416m空心板+540mT梁+(60+4100+60)m連續(xù)箱梁(主橋)+2X40mT梁+14X16m空心板。橋面凈空為凈15+2X1.76m人行道。設(shè)計荷載：汽車超20級，掛車120，人群荷載3.5kNm2。 本橋主橋上部構(gòu)造為雙箱單室連續(xù)箱梁，下部構(gòu)造為V

11、形預(yù)應(yīng)力混凝土墩，基礎(chǔ)為中78m鉆孔灌注樁。 4.2試驗?zāi)康暮蛢?nèi)容 本次試驗的目的是檢測大橋結(jié)構(gòu)的剛度、強度和整體受力性能，檢驗大橋是否符合設(shè)計要求及能否正常使用。因此，根據(jù)本橋主橋設(shè)計特點，以及正負彎矩分布情況，在汽車超20級荷載作用下最大正彎矩位于距39號橋墩支座中心沿贛州方向1089m處跨中截面(以下稱A截面)，最大負彎矩位于距39號橋墩支座中心沿贛州方向17334m處支座截面(以下稱B截面)。各V型橋墩墩頂設(shè)縱橫系梁是保證V形墩正常工作的重要部件，縱向系梁為預(yù)應(yīng)力混凝土，橫向系梁為普通鋼筋混凝土。為此，測試截面定為A截面、B截面及41號橋墩墩頂縱系梁中點截面(以下稱C截面)。 4.3測

12、試方法 由于本橋跨徑大，測試范圍長，橋面寬，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)高等特點，如采用通常用汽車加載，按設(shè)計規(guī)范的4列車隊滿布橋面的方法，則需要大量的重型車輛，不僅這種車輛一時難以尋找和集中，而且需花費過多的經(jīng)費。為此，本次試驗采取對上述截面測取實橋在試驗荷載作用的實際混凝土應(yīng)力和撓度縱向影響線，并和試驗荷載作用下理論計算的大橋相應(yīng)截面的混凝土應(yīng)力和撓度值進行比較分析，從而鑒定大橋是否符合設(shè)計要求和能否滿足正常使用。表1主拱圈（跨中和L/4處）實測撓度與橫向分布系數(shù)序號截面 肋號加載位置跨 中L/412345123451拱頂位置0.550.600.700.800.5650.0230.0250.0260.02

13、90.0302L/4處加載0.100.0750.120.0550.150.0560.0630.0650.0670.0693荷載橫向分布系數(shù)0.1710.1860.2180.2490.1760.1750.1970.2030.2090.216表2 A截面實測應(yīng)力與理論計算值比較表車位號后軸距端點長（m）上緣應(yīng)力/MPa下緣應(yīng)力/MPa實測值理論值校驗系數(shù)實測值理論值校驗系數(shù)3240.050.0520.96-0.078-0.0860.91864-0.05-0.0600.830.0950.0980.9712960.600.6060.99-0.920-0.9890.9320160-0.05-0.0540

14、.930.0830.0890.93252000.060.0601.00-0.091-0.0980.93表3 B截面實測應(yīng)力與理論計算值比較表車位號后軸距端點長（m）上緣應(yīng)力/MPa下緣應(yīng)力/MPa實測值理論值校驗系數(shù)實測值理論值校驗系數(shù)151200.1360.1490.91-0.158-0.1640.9620160-0.132-0.1430.920.1520.1580.9625200-0.802-0.8270.970.9040.9120.99322560.0610.0650.94-0.068-0.0720.9438304-0.058-0.0660.880.0660.0720.92表4 C截面實

15、測應(yīng)力與理論計算值比較表車位號后軸距端點長（m）實測應(yīng)力/MPa理論計算值/MPa校驗系數(shù)/324-0.907-0.0550.86864-0.638-1.8400.8920160-2.370-2.5480.9325200-0.328-0.3600.9130240-0.807-0.9490.85表5 A截面實測撓度與理論計算值比較表車位號后軸距端點長（m）實測撓度/mm理論計算值/ mm校驗系數(shù)/324-0.65-0.710.928640.790.820.9614112-6.87-7.030.98191520.660.700.9425200-0.87-0.900.97表6 A截面實測四列車偏載時

16、橫向分布系數(shù)（活載）分析表車位號上游箱梁實測撓度mm下游箱梁實測撓度mm活載橫向分布系數(shù)K/實測考慮活載折減后14-6.87-0.4362.4471.601190.660.422.40025-0.87-0.562.434 4.4試驗加載汽車縱向車位布置 試驗時加載汽車縱向車位布置是從39號橋墩上的連續(xù)箱梁端部開始，向贛州方向每隔8m作為一個測試車位，用紅油漆和鋼尺在橋面上標(biāo)出。共計布置41個車位，計加載范圍總長335m。此時加載后對A、B、C截面產(chǎn)生的應(yīng)力和撓度值很小，可以不考慮其影響。 4.5測試成果分析 4.5.1測試成果分類整理如下列表2表6 4.5.2測試成果分析 由表2至表5中各截面

17、的實測值和相應(yīng)的理論計算值的校驗系數(shù)可知，均符合大跨徑混凝土橋梁的試驗方法中所規(guī)定的1.0710.8的要求，說明本橋無論是從強度上或是剛度上均達到設(shè)計要求。 表6中由實測撓度所推出的活載橫向分布系數(shù)，較好地吻合理論計算的活載橫向分布系數(shù)，說明大橋的整體受力性能較好，符合設(shè)計要求和滿足正常使用要求。 46試驗結(jié)論與橋梁承載力評定 從吉安贛江公路大橋主橋的鑒定性靜載試驗結(jié)果分析，大橋具有足夠的剛度和強度承受設(shè)計荷載，其橫向聯(lián)系和橋面是強勁的，活載撓度橫向分布與計算值吻合，大橋的整體受力性能良好。因此，可以認為大橋的設(shè)計和施工是成功的，達到了預(yù)期的目的，可以交付使用。 5結(jié)語 對于需進行施工質(zhì)量評定

18、的新建橋梁，鑒定性荷載試驗的控制荷載就是設(shè)計荷載；按新規(guī)范的要求，橋梁的承載能力可通過實測主要控制截面的內(nèi)力縱向影響線來分析評定。若是需進行承載能力評定的既有橋梁，應(yīng)當(dāng)先進行全橋檢測，查明病害，再確定控制荷載，以防進行荷載試驗時給既有橋帶來新的損傷；如進行荷載試驗是為測試重型車輛是否能通過該橋，控制荷載應(yīng)選擇與重型車輛具有同樣效應(yīng)的布載方式。 鑒于我國現(xiàn)行的公路舊橋承載能力鑒定方法中靜力加載試驗項目的確定，主要是針對橋梁主要承重構(gòu)件而言，對次要承重構(gòu)件或局部受荷強度以及橋梁橫向受力特征等問題沒有涉及，而次要承重構(gòu)件或橋梁橫向受力特征計算取用合理性直接關(guān)系到檢算結(jié)果的真實性，同時局部受荷強度問題往往是造成橋梁無法正常使用的關(guān)鍵問題，所以建議增加諸如行車道板、拱上建筑以及橋梁橫向荷載分布測定等的加載試驗項目。隨著我國橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，許多新