通過橋梁靜載試驗(yàn)來評(píng)定橋梁的使用性能與承載能力

通過橋梁靜載試驗(yàn)來評(píng)定橋梁的使用性能與承載能力隨著我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝日益增多。帶來了許多實(shí)際的理論、設(shè)計(jì)、施工問題，成為橋梁檢測(cè)的新課題，而橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)的成果又進(jìn)一步驗(yàn)證、發(fā)展和完善了橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算理論、施工技術(shù)及其他實(shí)踐問題。另一方面，橋梁檢測(cè)也為既有橋梁結(jié)構(gòu)使用性能和殘余壽命的評(píng)估提供了科學(xué)的依據(jù)，可以說，隨著生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展，橋梁檢測(cè)日益顯得重要，同時(shí)，橋梁建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展也對(duì)橋梁檢測(cè)提出了更高的要求。實(shí)踐表明，要搞好一次橋梁檢測(cè)，為設(shè)計(jì)、施工、理論研究提供可靠和完整的試驗(yàn)資料和科學(xué)依據(jù)，并不是一件輕而易舉的事情，必須明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，遵循一定的程序，采用科學(xué)先進(jìn)的量測(cè)手段，進(jìn)行嚴(yán)密的準(zhǔn)備和組織工作才可能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。簡(jiǎn)單介紹一下遼寧省公路橋梁基本狀況，如下：遼寧省公路橋梁基本狀況截止2001年末，我省公路總里程為46603公里，橋梁總數(shù)為561610米/17706座。其中:國(guó)道4545公里，橋梁152603米/3186座；省道7321公里，橋梁134643米/3574座；縣級(jí)路10277公里，橋梁127817米/4407座；鄉(xiāng)級(jí)路23171公里，橋梁140171米/6195座；專用路1189公里，橋梁6376米/344座。橋梁配套率為94%。按技術(shù)等級(jí)分:特大橋49683米/55座，大橋139565米/772座，中橋160647米/2838座，小橋204055米/13682座。其中危橋10717延米，占總長(zhǎng)1.9%，194座，占總數(shù)的1.1%。而目前，這個(gè)數(shù)值可能還要高。這就給我們提出了新的問題，如何快速、準(zhǔn)確判斷橋梁所處的狀態(tài)，為管理部門提供可靠的依據(jù)。目前主要是用靜載試驗(yàn)來判定橋梁的承載能力，本文簡(jiǎn)單的介紹一下靜載試驗(yàn)。二、各種橋梁的橋型及常見的病害近年來我省重點(diǎn)對(duì)雙曲拱橋、工字梁與微彎板組合梁、T型梁橋(有、無中橫隔梁)、剛架拱橋、懸臂梁橋等典型橋梁進(jìn)行了維修與加固，按病害與維修加固技術(shù)大體分兩個(gè)方面，一是對(duì)這些橋型橋梁的通病的整治，二是對(duì)這些橋梁的個(gè)性病害的整治。1、常見的病害：上部包括:構(gòu)件各種變形與受力裂縫；鋼筋銹蝕引起砼剝落；長(zhǎng)期荷載下梁體撓度超限；橋面塌陷；橋面加寬及各裝配構(gòu)件的縱縫構(gòu)造；上部構(gòu)造橫向分布剛度不足，個(gè)別縱梁梁頭破損整治；橋面漏水引起砼嚴(yán)重碳化；砼保護(hù)層剝落破損缺陷；裝配構(gòu)造的失效與過大的變形。下部包括：基礎(chǔ)承載力不足；基礎(chǔ)變形過大；臺(tái)后土壓力超限，前墻砼開裂，臺(tái)后滲水，橋臺(tái)砼凍脹變形。個(gè)性病害①.雙曲拱：腹板開裂(橫向)與立墻側(cè)移錯(cuò)臺(tái)；拱肋強(qiáng)度不足，拱肋拼裝接頭松弛與拱軸線變形；拱波縱向開裂，拱波橫向與拱肋聯(lián)結(jié)失效及拱波沖剪破壞橋面塌陷。②.工字梁與微彎板組合梁：工字梁梁端砼剪壓破壞；工字梁馬蹄砼剝落；微彎板砼縱橫開裂；微彎板與工字梁聯(lián)結(jié)脫離；微彎板縱向分塊長(zhǎng)度不等引起微彎板沖剪破壞，微彎板橫隔梁斷裂；工字梁、微彎板及橋面鋪裝三者連接分離。③.剛架拱：拱肋裝配聯(lián)結(jié)松弛，合攏封溫度偏高，在低溫狀態(tài)下，拱軸線嚴(yán)重下沉，拱肋、拱波聯(lián)結(jié)系梁斷裂，拱波沖剪破壞，拱肋砼承載能力不足，拱腳變位。拱肋截面變化部位空洞效應(yīng)引起應(yīng)力集中，裂縫嚴(yán)重；拱肋預(yù)制安裝過程形成大量施工裂縫；裝配構(gòu)件剛性聯(lián)結(jié)，限止結(jié)構(gòu)伸縮，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部開裂。④.T型梁：主梁抗剪能力不足，出現(xiàn)斜向裂縫；伸縮裝置處橋面板砼較薄，剛度低，造成伸縮裝置錨固失效，主梁橫向聯(lián)結(jié)方法不當(dāng)，砼開裂及漏水，砼碳化；主梁砼蒸氣養(yǎng)生不當(dāng)，主梁砼耐久性降低及破損；無橫隔梁，在重交通與大交通作用下荷載橫向分配不均；砼T梁長(zhǎng)期荷載下?lián)隙瘸?；T梁鋼板支座長(zhǎng)期使用銹蝕，造成梁頭砼破損；橋面連續(xù)構(gòu)造不合理，抗沖剪能力較弱形成砼橋面破損。⑤.梁拱組合的中承式拱橋；主拱肋承受二次內(nèi)力，恒載壓力線遠(yuǎn)離拱軸線；吊桿安全保護(hù)構(gòu)造不當(dāng)，儲(chǔ)備不足；梁拱組合橋采用拱式構(gòu)造橋面系的破損影響；橋面系的伸縮構(gòu)造；平面計(jì)算弊病。三、靜載試驗(yàn)概述橋梁靜載試驗(yàn)是按照預(yù)定的試驗(yàn)?zāi)康呐c試驗(yàn)方案,將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置上,觀察橋梁結(jié)構(gòu)的靜力位移、靜力應(yīng)變、裂縫等參量的試驗(yàn)項(xiàng)目，然后根據(jù)有關(guān)規(guī)范和規(guī)程的指標(biāo)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性能及使用能力。橋梁靜載試驗(yàn)可以是生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)或科學(xué)研究性試驗(yàn)；可以是組成橋梁的主要構(gòu)件試驗(yàn)或全橋整體試驗(yàn)；可以是實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)或者是橋梁結(jié)構(gòu)模型的室內(nèi)試驗(yàn)。為了能夠較為客觀地反映橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，橋梁檢測(cè)多采用實(shí)橋現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。一般地，橋梁靜載試驗(yàn)主要是解決以下問題。四、靜載試驗(yàn)主要解決的問題1、檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。對(duì)于大、中跨度橋梁，都要求在竣工之后，通過試驗(yàn)來具體地、綜合地鑒定其工程質(zhì)量的可靠性，并將試驗(yàn)報(bào)告作為評(píng)定工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要依據(jù)之一。2、驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法，充實(shí)與完善橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論與施工技術(shù)，積累科學(xué)技術(shù)資料。隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，采用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的橋梁日益增多，這些橋梁在設(shè)計(jì)、施工中必然會(huì)遇到一些新問題，其設(shè)計(jì)計(jì)算理論或設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過橋梁試驗(yàn)予以驗(yàn)證或確定，在大量試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上，就可以逐步建立或完善這類橋梁的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法。3、掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能。判斷橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力。目前，我國(guó)已建立了數(shù)萬座各種型式的橋梁，在使用過程中，有些橋梁已不能滿足當(dāng)前通行荷載的要求，有些橋梁由于各種自然原因而產(chǎn)生不同程度的損傷與破壞，有些橋梁由于設(shè)計(jì)或施工差錯(cuò)而產(chǎn)生各種缺陷。對(duì)于這些橋梁，經(jīng)常采用試驗(yàn)的方法，來確定其承載能力和使用性能，并由此確定限載方案或加固改造方案，特別是對(duì)于那些原始實(shí)際施工資料不全的既有橋梁，通過靜載試驗(yàn)確定其承載能力與使用條件就顯得勢(shì)在必行。五、靜載試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)根據(jù)實(shí)際情況，必須把握住以下三個(gè)主要環(huán)節(jié)。1、明確試驗(yàn)?zāi)康?。抓住主要問題。橋梁靜載試驗(yàn)涉及到理論計(jì)算、測(cè)點(diǎn)布置、加載、測(cè)試、數(shù)據(jù)分析整理多個(gè)方面。因此，在進(jìn)行試驗(yàn)之前一定要明確試驗(yàn)?zāi)康?，預(yù)測(cè)試驗(yàn)橋梁的結(jié)構(gòu)行為。這樣一來才能有的放矢，合理的選擇儀器儀表。準(zhǔn)確的確定加載設(shè)備及加載程序，科學(xué)的布置測(cè)點(diǎn)及測(cè)試元件，充分地利用有限的人力、物力及其他有利條件，采取各種必要的手段，以達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)效果。2、精心準(zhǔn)備、嚴(yán)密組織。橋梁靜載試驗(yàn)由于觀測(cè)項(xiàng)目比較多、測(cè)點(diǎn)多、不同儀器儀表多，這就要求試驗(yàn)工作必須有嚴(yán)格的組織，統(tǒng)一的指揮，并能夠緊密配合，協(xié)同作戰(zhàn)。在正式試驗(yàn)之前，要做好充分的準(zhǔn)備工作，對(duì)一些關(guān)鍵性的測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)要考慮備用的測(cè)試方法，注意防止和消除意味事故。大量試驗(yàn)證明，如果試驗(yàn)工作的某些環(huán)節(jié)考慮不周，輕者會(huì)使試驗(yàn)工作不能順利進(jìn)行，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工作的失敗。3、加強(qiáng)測(cè)試人員培訓(xùn)，提高測(cè)試水平。參加測(cè)試檢測(cè)的工作人員，必須在試驗(yàn)之前，熟練地掌握儀器的性能、操作要領(lǐng)以及故障排除技術(shù)和技巧，了解本次試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)程序及測(cè)試要求。六、工程實(shí)例到目前為止，我參加了我現(xiàn)在所在的單位（遼寧大通公路工程有限公司）對(duì)遼寧省的6座橋梁的靜載試驗(yàn)，受益匪淺。試驗(yàn)的目的就是評(píng)定橋梁的承載能力及使用性能，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來評(píng)定該橋的殘余壽命及該橋是否需要加固。我就拿其中的1座為例（遼中境內(nèi)沈環(huán)線某大橋）某大橋位于沈陽(yáng)市遼中縣境內(nèi)沈環(huán)線上，中心樁號(hào)為K227+176。該橋建于1970年。全橋共39孔，單孔跨徑為22.2米。橋梁總長(zhǎng)為870.8米。橋面凈寬7米，兩側(cè)各設(shè)0.75米的人行道。主橋上部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土T形梁，第1孔～第6孔有9道橫隔梁，第7孔～第39孔有5道橫隔梁，跨中截面高度為1.35米；下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式墩樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載為汽-13級(jí)，拖-60。該橋2000年普查為二類橋。2003年普查評(píng)定為三類橋。1、荷載試驗(yàn)1）、加載方式及撓度布置本次試驗(yàn)撓度測(cè)點(diǎn)布置在第八孔跨中底部、4#梁4分點(diǎn)及4#梁的支點(diǎn)附近，和第六孔跨中底部，詳細(xì)布置如下圖。2、荷載等級(jí)加載分級(jí)：采用兩輛解放自卸車分三級(jí)加載。一級(jí)186.05kN、二級(jí)380.15kN、三級(jí)480.65kN，相當(dāng)1.42倍1954年汽-13加重車（338kN），1.2倍1972年汽-15加重車（400kN），0.80倍1956年汽-18加重車（600kN）。3、加載程序0——186.05kN——00——380.15kN——00——480.65kN——04、車輛軸距測(cè)量及稱重加載車前輪輪距1.90m、后輪輪距1.85m、前后軸距3.25m，雙后軸距1.25m。各級(jí)荷載下車輪稱重見下表。表1加載車輛輛稱重表加載等級(jí)總重(KN)車輛編號(hào)前輪重(KN))全輪重(KN))后雙輪重(KNN)后單輪重(KNN)第一級(jí)186.05遼A5396632.9087.9555.0527.15遼A5356637.698.1060.5029.95第二級(jí)380.15遼A5396658.80207.45148.6566.15遼A5356655.90172.70116.8057.40第三級(jí)480.65遼A5396653.15233.50180.3587.20遼A5356654.70247.15192.4597.055、撓度測(cè)試結(jié)果5.1第6、8孔跨中撓度表2各級(jí)荷載下第6孔跨中撓度表單位：mm梁號(hào)荷載1#2#3#4#5#186.05KKN實(shí)測(cè)值2.0132.0822.432.662.91計(jì)算值3.393.514.094.484.90校檢系數(shù)0.59380.59320.59410.59380.5939380.15KKN實(shí)測(cè)值3.474.375.195.675.75計(jì)算值5.997.548.969.789.92校檢系數(shù)0.57930.57960.57920.57980.5796480.65KKN實(shí)測(cè)值4.675.736.527.206.55計(jì)算值8.2310.1011.4912.6911.55校檢系數(shù)0.56740.56730.56750.56740.5671注：實(shí)線為實(shí)測(cè)值，虛線為理論計(jì)算值注：實(shí)線為實(shí)測(cè)值，虛線為理論計(jì)算值表3各級(jí)荷載下第8孔跨中撓度表單位：mm梁號(hào)荷載1#2#3#4#5#186.05KKN實(shí)測(cè)值1.0812.9633.0453.0452.965計(jì)算值1.6814.6084.7354.7354.611校檢系數(shù)0.64310.64310.64310.64310.6430380.15KKN實(shí)測(cè)值2.9105.1806.2956.3156.190計(jì)算值4.568.139.889.919.71校檢系數(shù)0.63820.63710.63710.63720.6375480.65KKN實(shí)測(cè)值3.9606.7807.9857.8307.547計(jì)算值6.27610.74612.65612.41011.962校檢系數(shù)0.6310.6310.6310.6310.631注：實(shí)線為實(shí)測(cè)值，虛線為理論計(jì)算值注：實(shí)線為實(shí)測(cè)值，虛線為理論計(jì)算值5.2跨中橫向分配表4各級(jí)荷載下第6孔各梁的橫向分布系數(shù)(單輛車)梁號(hào)荷載1#2#3#4#5#186.05KKN0.16640.17210.20090.21990.2406380.15KKN0.14190.17870.21230.23190.2352480.65KKN0.15230.18680.21260.23480.2136表5各級(jí)荷載下第8孔各梁的橫向分布系數(shù)（單輛車）梁號(hào)荷載1#2#3#4#5#186.05KKN0.08250.22620.23250.23250.2264380.15KKN0.10820.19260.23410.23480.2302480.65KKN0.11610.19880.23410.22960.2213上表中數(shù)據(jù)的計(jì)算,是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與跨中各百分表數(shù)值之和的比值。討論:①.第6孔和第8孔T梁在汽車荷載作用時(shí)最大橫向分配系數(shù)分別為0.4696和0.4682；最大撓度分別為7.2mm和7.985mm。②.從荷載與撓度曲線基本呈線性來看，表明T梁正截面強(qiáng)度在汽-13級(jí)荷載作用下是正常的，該橋還有一定的使用性能。③.實(shí)測(cè)撓度與其它類似橋梁對(duì)比偏小，橫向分配系數(shù)也相對(duì)較小，說明該橋上部結(jié)構(gòu)相對(duì)比較好。6、應(yīng)變測(cè)試注：應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置在第8孔4號(hào)梁距跨中20cm處，1#點(diǎn)布置在鋼筋表面，其余布置在砼表面。表68-4#梁手持應(yīng)變儀測(cè)試應(yīng)變結(jié)果表單位：με荷荷載點(diǎn)號(hào)第一級(jí)（1866.05kkN）第二級(jí)（3800.15kkN）第三級(jí)（4800.65kkN）1#（距底面12ccm）實(shí)測(cè)值10499179計(jì)算值70158205校驗(yàn)系數(shù)1.4850.62660.8731#測(cè)點(diǎn)貼在鋼筋表面，測(cè)量數(shù)據(jù)基本可信。粘貼在混凝土表面由于存在裂縫，因此混凝土表面的應(yīng)變值偏大不準(zhǔn)確，表中未列入。結(jié)論：1、該橋在相當(dāng)于1.42倍汽-13級(jí)荷載下，最大撓度為7.985mm，小于L/600=36mm，最大校驗(yàn)系數(shù)為0.643，在規(guī)范允許的0.5～0.9范圍內(nèi)；應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.873接近于規(guī)范允許范圍0.4～0.8的上限值，說明該橋現(xiàn)在滿足汽—13級(jí)荷載。2、該橋橋面系、人行道系、伸縮縫均已不同程度損壞，尤其是個(gè)別鉸縫對(duì)應(yīng)處橋面已經(jīng)漏空，嚴(yán)