橋梁結(jié)構(gòu)受力性能的現(xiàn)場檢測
2010-09-16
1.橋梁現(xiàn)場試驗的任務
1.1檢驗橋梁設計與施工質(zhì)量。對于—些新建的大中型橋梁或者具有特殊設計的橋梁，在設計施工過程中必然會遇到許多新問題，為保證橋梁建設，在設計施工過程中必然會遇到許多新問題，為保證橋梁建設質(zhì)量，施工過程中往往要求進行監(jiān)測。在竣工后—般還要求進行現(xiàn)場荷載試驗，并把試驗結(jié)果作為評定橋梁工程質(zhì)量優(yōu)劣的主要技術(shù)資料和依據(jù)。
1.2判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力。國內(nèi)許多早年建成的橋梁其設計荷載等級都偏低，難以滿足現(xiàn)今交通的需要。為了加固、改建，有必要通過試驗確定橋梁的實際承載能力。有時為特殊原因(如超重型車過橋或結(jié)構(gòu)遭意外損傷等)也要用試驗方法確定橋梁的承載能力。
1.3驗證橋梁結(jié)構(gòu)設計理論和設計方法。橋梁工程中的新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝創(chuàng)新不斷，對一些理論問題的深入研究，對某種新方法、新材料的應用實踐，往往都需要現(xiàn)場試驗的實測數(shù)據(jù)。
1.4橋梁結(jié)構(gòu)自振特性及結(jié)構(gòu)受動力荷載作用產(chǎn)生的動力反應的測試研究。對一些橋梁在動力荷載作用下的動態(tài)反應，大跨徑輕柔結(jié)構(gòu)的抗風穩(wěn)定以及地震區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能等，都要求通過實測了解橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和動力反應。
2.一些主要橋梁結(jié)構(gòu)體系所需觀測的部位
2.1梁橋。
(1)簡支梁。主要觀測跨中撓度和截面應力(或應變)、支點沉降。附加觀測跨徑四分點的撓度、支點斜截面應力。
(2)連續(xù)梁。主要觀測跨中撓度、跨中和支點截面應力(或應變)。附加觀測跨徑l/4處的撓度和截面應力(或應變)、支點截面轉(zhuǎn)角、支點沉降和支點斜截面應力。
(3)懸臂梁(包括T型鋼構(gòu)的懸臂部分)主要觀測懸臂端的撓度和轉(zhuǎn)角、固端根部或支點截面的應力和轉(zhuǎn)角、T型剛構(gòu)墩身控制截面的應力。附加觀測懸臂跨中撓度、牛腿局部應力、墩頂?shù)淖兾?水平與垂直位移、轉(zhuǎn)角)。
2.2拱橋。主要觀測跨中、跨徑1/4處的撓度和應力、拱腳截面的應力，附加觀測跨徑墉處的撓度和應力、拱E建筑控制截面的變位和應力、墩臺頂?shù)淖兾缓娃D(zhuǎn)角。
2.3剛架橋(包括框架、斜腿剛架和剛架一拱式組合體系)主要觀測跨中截面的撓度和應力，結(jié)點剛近截面的應力、變位和轉(zhuǎn)角。附加觀測柱腳截面的應力、變位和轉(zhuǎn)角，墩臺頂?shù)淖兾缓娃D(zhuǎn)角。
2.4懸索結(jié)構(gòu)(包括斜拉橋和上承式懸吊橋)主要觀測主梁的最大撓度、偏載扭轉(zhuǎn)變位和控制截面應力、索塔頂部的水平位移、拉(吊)索拉力。附加觀測鋼索和梁連接部位的撓度、塔柱底截面的應力、錨索的拉力。
上述各種橋梁體系的主要部位是一般靜載試驗必須觀測的部位。方案上應畫出結(jié)構(gòu)簡圖，注明測點和測站的位置、測點總數(shù)和測站數(shù)等。
3.試驗過程
3.1靜載初讀數(shù)。靜載初讀數(shù)是指實驗正式開始時的零荷載讀數(shù)，不是準備階段調(diào)試儀器的讀數(shù)。對于新建橋梁，在初讀數(shù)之前往往要進行頂壓(一般以部分重車在橋上緩行幾次)。從初讀數(shù)開始整個測試系統(tǒng)就開始運作，測量、讀數(shù)和記錄人員進入現(xiàn)場各司其職。
3.2加載。按橋上劃定的停車線布置荷載，要安排專人指揮車輛?？?。
3.3穩(wěn)定后讀數(shù)。加載后結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力需要有—個穩(wěn)定過程。對不同的結(jié)構(gòu)這一過程的長短都不一樣，—般是以控制點的應變值或撓度值穩(wěn)定為準，只要讀數(shù)波動值在測試儀器的精度范圍以內(nèi)，就認為結(jié)構(gòu)已處于相列穩(wěn)定狀態(tài)，可以測量讀數(shù)。
3.4卸載讀零。—個工況結(jié)束，荷載退下橋去。各測點要讀回零值，同樣要有—個穩(wěn)定過程。
3.5校核數(shù)據(jù)。靜載試驗過程中，主要工況至少要重復1次。試驗過程中必須時時關心幾個控制點數(shù)據(jù)的情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題(數(shù)據(jù)本身規(guī)律差或儀器故障等)要重新加載測試。這種現(xiàn)場數(shù)據(jù)校核的做法，可以避免實測數(shù)據(jù)出現(xiàn)大的差錯。
4.橋梁現(xiàn)場動載試驗
動載試驗可以和靜載試驗連在一起做，也可以單獨做。
現(xiàn)場動載試驗的一般內(nèi)容是測定橋梁結(jié)構(gòu)在車輛動力作用下的撓度和應變，所用的儀器較靜力試驗時多而且復雜—些，測試要求也比靜力試驗要高。特別是動撓度的測試，除了中小橋梁可搭設固定支架用接觸式電測位移計外，對大中型橋梁可以采用光電型撓度測量儀。
動載試驗較靜載試驗的不同之處主要有以下幾方面。
4.1儀器調(diào)試。所有儀器設備在準備階段應已調(diào)試完畢，要考慮好記錄的具體方法。如使用動態(tài)電阻應變儀，必須根據(jù)估計應變的大小確定增益、標定值范圍等，調(diào)整記錄速度和記錄幅值等。如果采用計算機動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接采樣、記存，其增益、標定值等條件沒置大同小異。
4.2車輛控制。要控制好車輛上下橋的車速、位置和時間。要協(xié)助駕駛員準確控制好行車速度，注意每次上橋的行車路線。對—些大跨度橋梁，還要確定車輛行駛到各個斷面時的位置信息。
4.3測試記錄。
(1)跑車。跑車測試的目的是判別不同車行速度下橋梁結(jié)構(gòu)的動力響應(如位移或應力的動力增量和時程曲線)，進而可以分析出動力響應與車速之問的關系。給車輛規(guī)定各擋車速，要求車輛在橋上保持勻速行進，記錄動力響應的全過程。如果跑車速度相當慢，動測儀器記錄的過程曲線就是對應測點位置的內(nèi)力影響線或撓度影響線。
(2)剎車。車輛以一定速度行進，到現(xiàn)定位置突然緊急剎車，記錄剎車時的動態(tài)增量。
(3)跳車(跨越障礙物)。一般在橋上特征斷面位置設置一障礙物，模擬路面不平整(以弓形木板較為理想)。當車輛以不同的車速碾過障礙時，測定結(jié)構(gòu)的動態(tài)增量。
上述三種不同的車行情況，可以是單輛車，也可以是多輛車。
4.4做好記錄。動載試驗中，影響因素比較多，要注意在各種不同工況中抓住主要內(nèi)容。如要求記錄結(jié)構(gòu)動力響應的完整過程時，重點應該是記錄信號的完整性；而確定動力增量時，則要求能記錄到響應信號的峰值及其附近的部分信號。
5.單片簡支梁的檢測試驗
橋梁工程中用得最多的梁是鋼筋混凝土和預應力混凝土的簡支梁。單片簡支梁試驗一般是做靜力加載試驗。前面關于實橋靜載試驗的各項準備工作、測試方法等，對單片梁試驗一樣適用。這里介紹預應力混凝土單片梁試驗的—些基本內(nèi)容。
5.1預應力混凝土梁張拉應力測試。工程技術(shù)人員比較關心預應力混凝土梁預應力鋼筋張拉施工前后梁體內(nèi)的應力大小。因為對預應力混凝土梁來說，設計計算與實際施工之間的差異或一致直接關系到梁的預應力質(zhì)量。實際測試往往取梁預應力張拉的主動端、被動端和跨中等三個斷面，以測量張拉前后的應力值。
5.2加載方法。單片梁靜力加載通常用反力架配千斤頂設備，在沒有反力架設備的地方，也采用其他加載方式。荷載、破壞荷載以及實際測試要求進行，一般原則是荷載級差不宜太大，尤其是預應力混凝土梁開裂前后更要分得細些。
每次加載或卸載的持續(xù)時間取決于結(jié)構(gòu)變位達到穩(wěn)定標準時所需要的時間。要求在前一荷載階段內(nèi)結(jié)構(gòu)變位達到穩(wěn)定后，才能進入下—個荷載階段。—般做法是，同一級荷載內(nèi)，小于所用量測儀器的最小分辨值，則認為結(jié)構(gòu)變位達到相列穩(wěn)定。
5.3抗裂性測試。確定預應力混凝土梁的開裂荷載很重要，實測時可根據(jù)下緣鋼筋、混凝土的應變讀數(shù)變化規(guī)律來判斷。如在梁的下緣混凝土應變與荷載的關系曲線中，由曲線的拐點可確定開裂荷載；在梁的下緣鋼筋應力與荷載的關系曲線中，曲線斜率的顯著變化所對應的荷載即為開裂荷載。
5.4極限承鞔力測定。正常配筋的鋼筋混凝土梁和預應力混凝土梁的正截面破壞標準以下述兩條控制：(1)下緣鋼筋拉應力達到屈服強度；(2)上緣混凝土壓應力達到極限抗壓強度(實際一般做不到)或壓應變達到極限壓應變。
對于某些受剪壓(拉)破壞控制的梁，其極限承載能力的測定標準到目前為止仍不甚明確，破壞性荷載試驗時要注意破壞指標達到時對應的破壞荷載。
