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橋梁檢測中動靜荷載試驗的運用

時間:2021-07-27作者:蘇偉
本文導讀:這是一篇關于橋梁檢測中動靜荷載試驗的運用的文章,橋梁動靜荷載試驗技術已經十分成熟,在道路橋梁質量檢測方面應用較多。已經成為現階段橋梁檢測試驗的主流方法,并影響著橋梁性能和壽命周期等綜合評價,可以科學有效的鑒定建成道路橋梁承載力。

  摘    要: 近年來,公路運輸成了貨物中、短途運輸的主要方式之一,同時道路交通安全事故頻發,甚至出現橋梁、公路被壓垮的事故。道路橋梁的質量關系著交通運輸業的健康發展、更關系著人民群眾的生命財產安全。橋梁設計不當、偷工減料、貨車超載、周圍環境突變等都是影響道路橋梁壽命與質量的因素,本文通過荷載試驗檢測方法,結合工程實例對橋梁進行動載荷與靜載荷試驗進行承載力分析,以期評價建成橋梁設計與質量。

  關鍵詞 :     載荷;橋梁;承載力;
 

橋梁檢測中動靜荷載試驗的運用
 

  1 、引言

  近年來隨著公路運輸業的發展,公路運輸成為貨運主要方式之一。同時道路交通事故、橋梁塌陷事件也屢見不鮮,貨運車輛超載是導致橋梁質量降低、壽命周期縮短的主要原因之一,同時由于橋梁建設過程中趕工期、方法不當、管理不嚴、降低材料標準等都會降低橋梁的質量,因此為確保橋梁安全使用需要對其做承載力鑒定。橋梁荷載試驗是目前測定橋梁實際可具備承載力的主要方法,分為靜載試驗和動載試驗。靜載試驗可以分析橋梁在實際運營中的承載能力和狀態,為橋梁檢測提供依據;橋梁的目前壽命質量和運營荷載等級評定可根據動載試驗結果確定。根據《公路養護技術規范》(JTG H10—2009)相關規定,為橋梁的質量鑒定提供依據,特別是采用新工藝、新材料、新結構的橋梁質量,需要檢測橋梁結構的實際承載能力,評價橋梁主體質量與設計。本文結合工程案例,對公路橋梁進行動、靜載荷試驗全過程進行論述[1,2,3,4,5]。橋梁現場檢測情況如圖1所示。

  圖1 橋梁現場檢測情況
圖1 橋梁現場檢測情況

  2 、橋梁工程概況

  某橋梁總長為155m,由不同時期建造的兩橋并列組成,兩座橋梁間距3.35m,跨徑相同,且均采用簡支梁結構。兩橋采用雙柱式鉆孔灌注樁基礎和雙柱式加蓋梁墩、臺,因不同時期建造,上游橋墩直徑0.8m,下游橋墩直徑1.0m;橋梁道路設計為雙向四車道,雙向車道寬7.0m和9.0m,橋梁中央隔離帶寬3.35m,南北兩側人行道寬1.0m和0.7m。經調查,本橋結構已嚴重損壞,初步判斷為危橋,F根據本橋的實際情況,對上游橋的橋梁進行動靜荷載試驗并進行分析。

  3 、橋梁試驗檢測

  3.1、 基本內容

  (1)橋跨主體結構狀態評價;(2)主梁的承載力分析;(3)主梁動靜載荷試驗。

  3.2 、測點布置

  從南至北的對橋梁主梁編號,始末橋臺分別為0-13號臺,墩臺為1-12編號。按照試驗方案,結合現場實際情況,本次檢測主要對象為10號跨和11號跨。兩個位移測點分別布置在橋梁的跨中截面點和簡支梁支點處;兩個應變測點分別布置在10號跨1、2號工字梁與11號跨的1、2號工字梁的肋部跨中的側面,主應力測點布置在距離理論支撐線40cm之外的位置。

  3.3、 試驗加載

  (1)對橋跨主體進行載荷試驗加載采用20t跨中加載,以評定橋跨主體質量和性能。

  (2)對主梁進行承載力試驗:每次加載均采用2輛載重分別為20t,30t和40t加載車。

  4、 靜荷載試驗分析結果

  4.1、 荷載分布

  4.1.1 、荷載試驗系數分布

  (1)根據現場采樣數值編制計算方案。

  (2)對跨中截面參照彈性連續梁的計算方法進行計算。

  (3)結構荷載設計包括汽車和人群,分別為汽車—15級和人群3k N/m2。荷載試驗相關系數如下:1號梁相關系數:汽車荷載系數為0.47、人群荷載分布系數為0.713;2號梁相關系數:汽車荷載系數為0.476、人群荷載分布系數0.457;3號梁相關系數:汽車荷載系數為0.4、人群荷載分布系數為0.2。

  4.1.2、 結果分析

  根據實驗結果分析得知,發生偏載時,荷載一般在三個梁之間傳遞,得知橋梁的橫向剛度低。根據荷載試驗測試結果,橫向分布的實測結果與計算結果有較大差距,分析得知距離荷載中心點較遠的梁分擔載荷能力不足,荷載力一般在相鄰幾個梁之間傳遞。

  4.2、 主梁承載力試驗

  (1)對各主梁進行加載試驗,并計算其彎矩。

  (2)荷載試驗效率值維持在0.96~1.18區間,且當試驗荷載效率最大時其對應的彎矩也達到最大,符合相應規范規定。

  (3)根據對位移測試數據進行分析:試驗加載效率符合橋梁檢定相關規程,撓度校驗系數試驗結果維持在0.621~1.280區間,得出本橋承載力不具備20t汽車通行條件,通行汽車必須在15t以下。

  4.3 、應力應變

  本試驗對橋梁應力應變檢測采用的是電阻應變片數據實時采集系統。應力應變檢測在10號跨與11號跨共設置5個檢測點。根據試驗結果:跨中應變的最小值大于計算值,得出本橋梁實際承載力無法達到基本荷載標準;中性軸高度的實測值大于理論值。

  4.4、 混凝土應變檢測

  采用電阻應變片和應變測試分析系統進行混凝土應變檢測試驗;炷翍儥z測對象位于10號跨與11號跨的邊側混凝土。根據試驗檢測結果:跨中混凝土應變檢測的最大值基本達到計算值,證明混凝土實際承載力符合設計要求,滿足設計規范要求;中性軸高度的實測值大于理論值;炷晾瓚Φ脑囼炞畲笾荡笥跇蛄嚎估瓨O限范圍上限,可以得出該混凝土結構已出現開裂。

  4.5、 綜合評定

  (1)經測算該橋實際承載力不能達到相關規范要求。若強制使用容易發生事故,且可能發生特大事故。如果不及時采取相關修復措施,將會引發橋梁災難性事故。

  (2)該橋目前實際承載力已經低于設計標準值,不具備通行汽車—10級的條件。應降低橋梁核定承載力使用。

  (3)目前橋梁運營過程中,通行荷載已經超過其承載力,進一步破壞橋梁主體結構,加劇橋梁受損程度。

  5 、動荷載試驗

  5.1 、基本內容

  (1)橋梁在動荷載條件下的自振頻率。

  (2)通行汽車對橋梁的沖擊系數計算。

  汽車對橋梁沖擊系數試驗對象仍為10號跨與11號跨,試驗采用載重汽車對橋梁進行不同行駛速度下的行駛激振,行駛速度分為20km/h,40km/h和60km/h三個等級,按照對稱行車模式進行試驗,采集橋梁振動數據并對其進行分析,得出橋梁相關特性。

  5.2、 橋梁的阻尼比和自振頻率

  采用自譜分析方法得出橋梁自身動力性能。當載重汽車的行駛速度分別為20km/h、40km/h時進行時域波形與自譜分析;诿}動條件,橋梁自振頻率范圍為:2.483Hz~3.422Hz時,對應的阻尼比范圍為0.036~0.111;基于車載條件,自振頻率的主要成分位于3.5Hz附近時,阻尼比為0.0123左右。由相關規范數據的測算,本橋梁結構的自振頻率約為10.31Hz,但試驗測試值小于計算值;橋梁實際阻尼比為0.121,超出0.01~0.08的正常范圍。橋梁的實測頻率小于計算頻率,因此橋梁剛度相對較差。

  5.3、 通行汽車對橋梁的沖擊系數

  從動荷載應變和位移測試的試驗所選取的測點中,挑選信號較好的三個測點,重點分析其相關測試數據。動荷載應變試驗測量結果為1.26。經過對應變波形分析,汽車對橋梁沖擊系數為1.21。

  5.4 、動荷載試驗數據分析

  通行汽車對橋梁的沖擊系數在1.17~1.22范圍內,當試驗測試自振基頻等于3.54Hz時,對應的沖擊系數為1.22,說明橋梁自振頻率較低,整體性能較差。經過對以上各項數據分析,并參照相關規范得出,本橋主梁自振頻率差異大,橋梁結構受損嚴重,橋梁承載力已遠低于設計值。

  6、 橋梁動靜荷載試驗結論

  (1)根據現行相關規范,本橋實際承載力已經遠低于設計值。橋跨的主體結構承載力已經遠低于荷載的設計值,在特殊情況下橋梁的混凝土已無法受力,只有工字梁單獨受力。

  (2)因工字梁腹板較小,橋梁主梁的支點截面承載力已經無法達到設計標準,橋梁若繼續運營將會產生十分嚴重后果。

  (3)根據2004年提出的所有運營公路必須滿足Ⅱ級荷載要求,本橋無法達到這一標準,故認定為危橋。

  7、 結束語

  橋梁動靜荷載試驗技術已經十分成熟,在道路橋梁質量檢測方面應用較多。已經成為現階段橋梁檢測試驗的主流方法,并影響著橋梁性能和壽命周期等綜合評價,不僅可以科學有效的鑒定建成道路橋梁承載力,還可以為舊橋安全使用與修復提供技術指導。

  參考文獻

  [1]徐海平,廖玲玲.公路橋梁檢測中荷載試驗的應用初探[J].黑龍江交通科技2020(10).223-224.
  [2]胡凱基于荷載試驗的橋梁結構檢測與性能評估[J]交通世界,2020(24):79~80.
  [3]張國明橋梁現場荷載試驗檢測技術[J].廣東建材,2020(8):32~34+4.
  [4]胡詠橋梁檢測中荷載試驗應用及控制要點淺析[J].江西建材,2020(7):30~31.
  [5]孫以潤,張琴橋梁養護中公路橋梁荷載試驗檢測研究[J]科學技術創新2020(18):119~120.

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