公路橋梁承載能力試驗(yàn)與檢測(cè)方法

1、公路橋梁承載能力試驗(yàn)與檢測(cè)方法 1前言 1.1公路橋梁承載力試驗(yàn)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?jiǎn)慰缈缍取⒔Y(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(jìn)入世界先進(jìn)之列。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)那些影響較大、結(jié)構(gòu)新穎、隱蔽工程較多的橋梁進(jìn)行全橋?qū)崢蚝奢d試驗(yàn)，是竣工驗(yàn)收時(shí)對(duì)橋梁工程內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判時(shí)最直接和有效的方法和手段。同時(shí)亦為設(shè)計(jì)理論、施工技術(shù)總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)，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(hù)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(píng)估公路大橋性能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。當(dāng)建筑物承受工作荷載時(shí)，記錄下應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，根據(jù)測(cè)試結(jié)果工程師就能更好地了解橋梁的真實(shí)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(jì)采用的車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)模式及其分級(jí)作了重大調(diào)整。一是將四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)車隊(duì)荷載改為公路I級(jí)、公路，級(jí)兩級(jí)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(yàn)算荷載，將驗(yàn)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(jì)通用規(guī)范(JTG D 602004)亦提出在公路橋涵設(shè)計(jì)時(shí)，車道荷載橫向分布系數(shù)應(yīng)按設(shè)計(jì)車道數(shù)布置車輛荷載進(jìn)行計(jì)算；同時(shí)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(jì)算跨徑大于150m時(shí)，還應(yīng)按規(guī)定的縱向折減系數(shù)進(jìn)行折減；當(dāng)為多跨連續(xù)結(jié)構(gòu)時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)按最大的計(jì)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(bǔ)充活載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺陷與不足。采用車道荷載的最大優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)便，計(jì)

4、算工作量少而對(duì)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(jiǎn)化橋梁活載標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是為了更加符合橋梁實(shí)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(duì)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(jì)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(duì)表示的，實(shí)踐表明這種圖式對(duì)人工和計(jì)算機(jī)加載計(jì)算都不很方便，且計(jì)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(jì)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(jì)的有關(guān)手冊(cè)查得或通過較為簡(jiǎn)單的計(jì)算得到。 規(guī)范所規(guī)定的車道荷載實(shí)際上

5、是一個(gè)虛擬荷載，它的標(biāo)準(zhǔn)值qk和pk是由對(duì)汽車車隊(duì)(車重和車距)的測(cè)定和效應(yīng)分析得到的。 在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，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(jìn)行公路橋梁承載力試驗(yàn)和檢測(cè)時(shí)，則應(yīng)重點(diǎn)測(cè)試橋梁的內(nèi)力縱向影響線和荷載橫向分布系數(shù)，進(jìn)而分析評(píng)定橋梁的實(shí)際承載能力。 2公路橋梁承載能力試驗(yàn)與檢測(cè)方法 2.1橋梁承載能力定量檢測(cè)程序 對(duì)公路橋梁實(shí)施荷載試驗(yàn)用于檢測(cè)和評(píng)定其承載能力和實(shí)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(rèn)識(shí)和跟蹤，從檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)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(cè)試方案、測(cè)試孔跨及其測(cè)試部位，按逐級(jí)加載的多工況實(shí)施靜態(tài)測(cè)試；按不同車速進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試；利用應(yīng)力釋放原理，施測(cè)結(jié)構(gòu)自重恒載應(yīng)力(有條件和具有相應(yīng)測(cè)試儀器可考慮做此項(xiàng)測(cè)試工作)及混凝土彈性模量；對(duì)結(jié)構(gòu)幾何尺寸作空間變形觀測(cè)；對(duì)混凝土材料標(biāo)號(hào)用綜合法作探測(cè)試驗(yàn)等等。在一系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將實(shí)測(cè)值與理論值作相似條件下的對(duì)比分析，以校驗(yàn)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(duì)得出的承載力指標(biāo)，再經(jīng)過可靠度分析和實(shí)際狀況評(píng)定，從而確定橋梁實(shí)際承載能力和實(shí)際狀況。 2.2橋梁縱向影響線的測(cè)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(shí)例，介紹采用雙軸荷載測(cè)定橋梁控制 截面內(nèi)力縱向影響線的方法，進(jìn)而對(duì)橋梁承載能力進(jìn)行評(píng)定。 3拱橋承載能力測(cè)試實(shí)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(zhǎng)188m，主橋三跨，每跨凈距28.5m。主橋設(shè)計(jì)荷載汽-13，拖-60，橋面凈寬7.3m，無人行道，矢跨比16，設(shè)計(jì)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(shí)體墩和橋臺(tái)，橋墩頂寬2.5m，基礎(chǔ)均為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。 3.2測(cè)定主拱圈縱

8、向影響線 為測(cè)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(cè)試時(shí)采用兩輛“羅曼”車偏下游布載，共計(jì)10個(gè)車位(如圖1所示)。 為了測(cè)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(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)位置影響線縱坐標(biāo)值。 為了求得某測(cè)點(diǎn)的縱向影響線峰值，應(yīng)首先把荷載的后軸置于該測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)的影響線峰值，因?yàn)槠渲休d位的后軸正好位于拱頂截面上。 但對(duì)L4等位于縱粱上的各測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)在這些載位下的影

9、響值，而無法直接求得這些測(cè)點(diǎn)的影響線峰值。 為了能實(shí)測(cè)到該測(cè)點(diǎn)的峰值，可在此點(diǎn)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(gè)補(bǔ)充載位系列。如圖1所示，為了補(bǔ)充截面L4的峰值，補(bǔ)充載位系列為載位11和13組成，載位13的后軸作用點(diǎn)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(diǎn)位置要盡可能對(duì)準(zhǔn)。 3.3橋梁荷載橫向分布系數(shù)測(cè)定 為測(cè)定橋梁的荷載橫向分布情況，分別在試驗(yàn)孔拱頂和L4截面加載測(cè)得主拱圈撓度，進(jìn)而求得橋梁的實(shí)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(cè)試結(jié)果 由實(shí)測(cè)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(cè)試實(shí)例 4.1大橋概況 江西吉安贛江公路大橋全長(zhǎng)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(jì)荷載：汽車超20級(jí)，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(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容 本次試驗(yàn)的目的是檢測(cè)大橋結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和整體受力性能，檢驗(yàn)大橋是否符合設(shè)計(jì)要求及能否正常使用。因此，根據(jù)本橋主橋設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及正負(fù)彎矩分布情況，在汽車超20級(jí)荷載作用下最大正彎矩位于距39號(hào)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(fù)彎矩位于距39號(hào)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(cè)試截面定為A截面、B截面及41號(hào)橋墩墩頂縱系梁中點(diǎn)截面(以下稱C截面)。 4.3測(cè)

12、試方法 由于本橋跨徑大，測(cè)試范圍長(zhǎng)，橋面寬，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)高等特點(diǎn)，如采用通常用汽車加載，按設(shè)計(jì)規(guī)范的4列車隊(duì)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(shí)難以尋找和集中，而且需花費(fèi)過多的經(jīng)費(fèi)。為此，本次試驗(yàn)采取對(duì)上述截面測(cè)取實(shí)橋在試驗(yàn)荷載作用的實(shí)際混凝土應(yīng)力和撓度縱向影響線，并和試驗(yàn)荷載作用下理論計(jì)算的大橋相應(yīng)截面的混凝土應(yīng)力和撓度值進(jìn)行比較分析，從而鑒定大橋是否符合設(shè)計(jì)要求和能否滿足正常使用。表1主拱圈（跨中和L/4處）實(shí)測(cè)撓度與橫向分布系數(shù)序號(hào)截面 肋號(hào)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(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算值比較表車位號(hào)后軸距端點(diǎn)長(zhǎng)（m）上緣應(yīng)力/MPa下緣應(yīng)力/MPa實(shí)測(cè)值理論值校驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值理論值校驗(yàn)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(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算值比較表車位號(hào)后軸距端點(diǎn)長(zhǎng)（m）上緣應(yīng)力/MPa下緣應(yīng)力/MPa實(shí)測(cè)值理論值校驗(yàn)系數(shù)實(shí)測(cè)值理論值校驗(yàn)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(shí)

15、測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算值比較表車位號(hào)后軸距端點(diǎn)長(zhǎng)（m）實(shí)測(cè)應(yīng)力/MPa理論計(jì)算值/MPa校驗(yàn)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(shí)測(cè)撓度與理論計(jì)算值比較表車位號(hào)后軸距端點(diǎn)長(zhǎng)（m）實(shí)測(cè)撓度/mm理論計(jì)算值/ mm校驗(yàn)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(shí)測(cè)四列車偏載時(shí)

16、橫向分布系數(shù)（活載）分析表車位號(hào)上游箱梁實(shí)測(cè)撓度mm下游箱梁實(shí)測(cè)撓度mm活載橫向分布系數(shù)K/實(shí)測(cè)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(yàn)加載汽車縱向車位布置 試驗(yàn)時(shí)加載汽車縱向車位布置是從39號(hào)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(gè)測(cè)試車位，用紅油漆和鋼尺在橋面上標(biāo)出。共計(jì)布置41個(gè)車位，計(jì)加載范圍總長(zhǎng)335m。此時(shí)加載后對(duì)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(cè)試成果分析 4.5.1測(cè)試成果分類整理如下列表2表6 4.5.2測(cè)試成果分析 由表2至表5中各截面

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

18、的新建橋梁，鑒定性荷載試驗(yàn)的控制荷載就是設(shè)計(jì)荷載；按新規(guī)范的要求，橋梁的承載能力可通過實(shí)測(cè)主要控制截面的內(nèi)力縱向影響線來分析評(píng)定。若是需進(jìn)行承載能力評(píng)定的既有橋梁，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行全橋檢測(cè)，查明病害，再確定控制荷載，以防進(jìn)行荷載試驗(yàn)時(shí)給既有橋帶來新的損傷；如進(jìn)行荷載試驗(yàn)是為測(cè)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(yàn)項(xiàng)目的確定，主要是針對(duì)橋梁主要承重構(gòu)件而言，對(duì)次要承重構(gòu)件或局部受荷強(qiáng)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(jì)算取用合理性直接關(guān)系到檢算結(jié)果的真實(shí)性，同時(shí)局部受荷強(qiáng)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(cè)定等的加載試驗(yàn)項(xiàng)目。隨著我國橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，許多新