通過橋梁靜載試驗(yàn)評定橋梁的使用性能與承載能力
2013-11-06 
隨著我國橋梁建設(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,成為橋梁檢測的新課題,而橋梁結(jié)構(gòu)檢測的成果又進(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,橋梁檢測也為既有橋梁結(jié)構(gòu)使用性能和殘余壽命的評估提供了科學(xué)的依據(jù),可以說,隨著生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展,橋梁檢測日益顯得重要,同時,橋梁建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展也對橋梁檢測提出了更高的要求。實(shí)踐表明,要搞好一次橋梁檢測,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)。簡單介紹一下遼寧省公路橋梁基本狀況,如下:

  一、  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:國道4545公里,橋梁152603米/3186座;省道7321公里,橋梁134643米/3574座;縣級路10277公里,橋梁127817米/4407座;鄉(xiāng)級路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1.9%,194座,占總數(shù)的1.1%。而目前,這個數(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)大體分兩個方面,一是對這些橋型橋梁的通病的整治,二是對這些橋梁的個性病害的整治。

  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;臺后土壓力超限,前墻砼開裂,臺后滲水,橋臺砼凍脹變形。

  (1)  個性病害

 ?、?雙曲拱:腹板開裂(橫向)與立墻側(cè)移錯臺;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。

 ?、?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。

 ?、?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。

 ?、?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梁長期荷載下?lián)隙瘸蓿籘梁鋼板支座長期使用銹蝕,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。

 ?、?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)場檢測或者是橋梁結(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,橋梁檢測多采用實(shí)橋現(xiàn)場檢測。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)告作為評定工程質(zhì)量優(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)或施工差錯而產(chǎn)生各種缺陷。對于這些橋梁,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、測點(diǎn)布置、加載、測試、數(shù)據(jù)分析整理多個方面。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)的布置測點(diǎn)及測試元件,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)由于觀測項(xiàng)目比較多、測點(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,對一些關(guān)鍵性的測試項(xiàng)目和測點(diǎn)要考慮備用的測試方法,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,輕者會使試驗(yàn)工作不能順利進(jìn)行,嚴(yán)重的會導(dǎo)致整個工作的失敗。

  3、加強(qiáng)測試人員培訓(xùn),提高測試水平。參加測試檢測的工作人員,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)的目的就是評定橋梁的承載能力及使用性能,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果來評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)
  
 
  某大橋位于沈陽市遼中縣境內(nèi)沈環(huán)線上,中心樁號為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,拖-60。該橋2000年普查為二類橋。2003年普查評定為三類橋。

  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

  加載分級:采用兩輛解放自卸車分三級加載。一級186.05kN、二級380.15kN、三級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——186.05 kN——0

  0——380.15 kN——0

  0——480.65 kN——0

  4、車輛軸距測量及稱重

  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。各級荷載下車輪稱重見下表。

  

  

  

  上表中數(shù)據(jù)的計(jì)算,是現(xiàn)場實(shí)測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。

 ?、?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級荷載作用下是正常的,該橋還有一定的使用性能。

 ?、?實(shí)測撓度與其它類似橋梁對比偏小,橫向分配系數(shù)也相對較小,說明該橋上部結(jié)構(gòu)相對比較好。

  

  1#測點(diǎn)貼在鋼筋表面,測量數(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,尤其是個別鉸縫對應(yīng)處橋面已經(jīng)漏空,嚴(yán)重威脅著過往車輛的行車安全,隨時都有造成交通事故的可能。

  3、邊梁腹板順筋裂縫、空鼓、鋼筋外露現(xiàn)象比較嚴(yán)重,不同程度地削弱上部承重結(jié)構(gòu)的承載能力;橫隔梁鋼板開焊、扭曲現(xiàn)象非常普遍,已經(jīng)失去了橫向聯(lián)接作用。

  4、在相當(dāng)于1.42倍汽-13級荷載作用下,T梁荷載撓度曲線基本呈線性變化,砼強(qiáng)度滿足C25,碳化深度未達(dá)到主筋保護(hù)層,梁體還具有一定的耐久性,T梁在加強(qiáng)荷載橫向分配、避免單板受力、處理好鉸縫處的正常聯(lián)接情況下,尚有加固可能。

  綜上所述該橋上部主梁承載能力雖然滿足汽-13級荷載,但不滿足實(shí)際通行重車荷載及干線公路橋面凈寬的要求,而且橋面及伸縮縫破損嚴(yán)重,橋面已經(jīng)出現(xiàn)漏空現(xiàn)象,快要成為四類橋,應(yīng)及早進(jìn)行加固處理。

  小結(jié):

  1、從某大橋的兩孔試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)測值、推算值、理論值的比較,靜載試驗(yàn)法適用于等效荷載是均布荷載和跨中集中荷載情況??烧_評定某座橋梁的工作狀態(tài)和承載能力。此外,靜載試驗(yàn)法僅在現(xiàn)場量測梁的撓度和支座沉降,極大地簡化了試驗(yàn)內(nèi)容與測試程序,降低了試驗(yàn)環(huán)境和測試系統(tǒng)所引起的誤差,從而提高了檢測的準(zhǔn)確性與檢測效率,對某座橋梁的技術(shù)鑒定具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本試驗(yàn)方法可以應(yīng)用于其它形式預(yù)制梁的靜載試驗(yàn),以及橋梁結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn),可減少實(shí)驗(yàn)測定,以及進(jìn)行對比分析,優(yōu)越性也是極大的。

  2、靜載意義:

 ?、?體現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用,反映梁的承載能力,可通過校驗(yàn)系數(shù)有所反映。

  ②.體現(xiàn)橋梁的整體實(shí)際靜止?fàn)顟B(tài)下的受力情況。

  ③.簡便、方便、便于操作。

  
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