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(guó)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(wú)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(guó)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)的整體水平提高

2、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(guó)一位專家曾說(shuō)過(guò)：“無(wú)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(guó)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(guó)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(guò)多種途徑間接地反映到汽車荷載模

3、式中。而公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD602004)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。1 3解讀新的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)早在?944年就在美國(guó)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)算工作量少而對(duì)于特

4、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(guó)公路橋梁的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)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(shuō)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(lái)，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(guò)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)際上是一個(gè)虛擬荷載，它的標(biāo)準(zhǔn)

5、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?qū)窐蛄簩?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(guò)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)狀和承載力的定性關(guān)系，從而確定橋梁具

6、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(guò)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)橋梁的縱向影響線和最大豎坐標(biāo)已知后，荷

7、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(guó)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(wú)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)定主拱圈縱向影響線為測(cè)定主拱圈混凝土和鋼筋應(yīng)力沿

8、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)在這些載位下的影響值，而無(wú)法直接求得這些測(cè)點(diǎn)的影響線峰值。為了

9、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.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)力較均勻，整體性能較好。在兩輛“羅曼”車作用下，無(wú)論是跨中截面的混凝土和鋼筋應(yīng)力，還是L

10、4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(shuō)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34x16m空心板+5X40mT梁+(60+4x100+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

11、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173.34m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)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

12、，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(guò)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)表2A截面實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論計(jì)算值比較表后軸(m)車位距端上緣應(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)截跨中L/4面序肋號(hào)號(hào)加載1234512345位置1拱頂位0.550.600.700.800.5650.

13、0230.0250.0260.0290.030置2L/4處0.100.0750.120.0550.150.0560.0630.0650.0670.069加載3福裁橫向0.1710.1860.2180.2490.1760.1750.1970.2030.2090.216分布系數(shù)3240.050.0520.96-0.078-0.0860.91864-0.05-0.0600.830.0950.0980.9712960.600.6060.99-0.920-0.9890.9320160-0.05-0.0540.930.0830.0890.93252000.060.0601.00-0.091-0.0980.

14、93表3B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4C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)實(shí)測(cè)應(yīng)力/MPa理論計(jì)算值/MPa校驗(yàn)系數(shù)/刀324-

15、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5A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)/刀324-0.65-0.710.928640.790.820.9614112-6.87-7.030.98191520.660.700.9425200-0.87-0.900.97表6A截面實(shí)測(cè)四列車偏載時(shí)橫向分布系數(shù)（活載）分析表上游箱梁實(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)車位號(hào)K/實(shí)測(cè)考慮活載

16、折減后14-6.87-0.4362.4471.601190.660.422.40025-0.87-0.562.4344.4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64.5.2 測(cè)試成果分析由表2至表5中各截面的實(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1.0>71>0

17、.8的要求，說(shuō)明本橋無(wú)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(shuō)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。4 6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(yǔ)對(duì)于需進(jìn)行施工質(zhì)量評(píng)定的新建橋梁，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(guò)實(shí)測(cè)主要控制截面

18、的內(nèi)力縱向影響線來(lái)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(lái)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(guò)該橋，控制荷載應(yīng)選擇與重型車輛具有同樣效應(yīng)-H、，>_U.的布載方式。鑒于我國(guó)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(wèn)題沒(méi)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(wèn)題往往是造成橋梁無(wú)法正常使用的關(guān)鍵問(wèn)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(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，許多新橋