杜海鑫

(1.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166； 2.公路橋梁診治技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心 沈陽(yáng)市 110111)

0 引言

近些年遼寧省乃至全國(guó)的公路建設(shè)取得了輝煌的成就[1-2]。截止2016年底，遼寧省公路橋梁達(dá)45532座、1882939延米。其中特大橋梁97座、179939延米，大橋3072座、729665延米，中橋7681座、452132延米，小橋34682座、521202延米。中小跨徑橋梁座數(shù)占總數(shù)的93.0%，數(shù)量巨大。在加快公路建設(shè)的同時(shí)，對(duì)既有橋梁的承載能力進(jìn)行科學(xué)評(píng)定，提高橋梁使用效率、減少安全事故發(fā)生具有十分重要的意義。

目前，在評(píng)定橋梁承載力時(shí)，荷載試驗(yàn)法是最有說(shuō)服力的[3-5]，該方法結(jié)果可靠，能反映橋梁的實(shí)際狀態(tài)，但傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)方法需要?jiǎng)佑么罅康娜肆?、物力，耗費(fèi)較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，這對(duì)于在役橋梁的檢測(cè)，特別是數(shù)量較多的中小跨徑橋梁，是難以接受的，而且傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)需長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，對(duì)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間中斷交通運(yùn)行的橋梁，很難進(jìn)行傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)。因此，如何提高荷載試驗(yàn)效率，減少交通封閉時(shí)間，是橋梁荷載試驗(yàn)中重點(diǎn)的研究方向。

1 定點(diǎn)常荷載加載方式的提出

1.1 常規(guī)荷載試驗(yàn)加載方式

荷載試驗(yàn)加載一般要求采用分級(jí)加載的方式，其目的是為了掌握不同等級(jí)荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力和位移變化規(guī)律，同時(shí)避免試驗(yàn)加載可能引起的橋梁結(jié)構(gòu)永久性損傷，以確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。常規(guī)荷載試驗(yàn)分級(jí)加載如圖1所示，根據(jù)分級(jí)數(shù)量不同，逐級(jí)進(jìn)行加載，一般通過(guò)調(diào)整車輛配重或配置不同數(shù)量的載重車，來(lái)實(shí)現(xiàn)逐級(jí)增大荷載的目的。而這一過(guò)程尤為耗時(shí)，特別是對(duì)車輛進(jìn)行配重時(shí)，涉及重物的裝載、卸載、稱重等過(guò)程，大大增加了荷載試驗(yàn)的時(shí)間、人力、物力成本。

圖1 常規(guī)荷載試驗(yàn)分級(jí)加載流程

1.2 定點(diǎn)常荷載加載方式總體思路

為解決常規(guī)荷載試驗(yàn)加載方式(簡(jiǎn)稱常規(guī)法)存在的問(wèn)題，提出了定點(diǎn)常荷載加載方式(簡(jiǎn)稱定點(diǎn)法)，即在選定橋梁1/8L(或3/8L)、1/4L和1/2L(或測(cè)試斷面)三個(gè)固定點(diǎn)位分別施加相同量值荷載，在無(wú)需調(diào)整汽車荷載重量和加載車輛數(shù)量的前提下，實(shí)現(xiàn)測(cè)試截面分級(jí)加載的目的，同時(shí)獲取更多橋梁關(guān)鍵截面內(nèi)力和位移變化規(guī)律。

該加載方式可以省去以往荷載試驗(yàn)分級(jí)加載過(guò)程中車輛裝載、卸載、稱重等過(guò)程，縮減了荷載試驗(yàn)周期，也無(wú)需增加加載車數(shù)量，節(jié)約試驗(yàn)成本。見(jiàn)圖2。

圖2 定點(diǎn)常荷載加載方式分級(jí)加載流程

2 工程實(shí)例驗(yàn)證

2.1 工程概況

橋梁建于2014年，全長(zhǎng)81.0m，跨徑布置為3×25m；橋面凈寬為12.0m，兩側(cè)設(shè)置0.5m寬的防撞墻；交角為83°；上部結(jié)構(gòu)為先簡(jiǎn)支后連續(xù)箱梁，每孔4片箱梁組成，箱梁高度為1.4m，邊、中梁底板寬均為1m，采用混凝土強(qiáng)度為C50；設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。

選取0#橋臺(tái)側(cè)邊跨最大正彎矩截面進(jìn)行常規(guī)法與定點(diǎn)法加載方式的對(duì)比試驗(yàn)，截面位置如圖3所示。

2.2 常規(guī)荷載試驗(yàn)加載方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用3輛三軸車對(duì)該橋1#箱梁側(cè)進(jìn)行偏載加載，共分為三級(jí)，每級(jí)荷載布置1輛加載汽車，加載車輛橫向、縱向布置方式如圖4(a)所示。應(yīng)變和撓度測(cè)點(diǎn)分別布置每片梁加載斷面的梁底，如圖4(b)所示。

圖3 控制斷面示意圖

2.3 定點(diǎn)常荷載試驗(yàn)加載方案設(shè)計(jì)

定點(diǎn)常荷載加載方法通過(guò)在橋跨1/4L、3/8L和試驗(yàn)測(cè)試斷面3個(gè)點(diǎn)位分別施加相同量值荷載的方式，實(shí)現(xiàn)測(cè)試截面的分級(jí)加載，即荷載試驗(yàn)過(guò)程中，加載車數(shù)量及車重不變，通過(guò)改變車輛在橋上的位置實(shí)現(xiàn)測(cè)試斷面的分級(jí)加載的效果。各加載點(diǎn)位加載車輛橫、縱向布置方式分別如圖5所示。對(duì)于控制單梁(1#梁)、試驗(yàn)截面、采用加載車輛及測(cè)點(diǎn)布置方式均與常規(guī)法一致。

圖4 常規(guī)法加載與測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 定點(diǎn)法加載方式示意圖

2.4 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

按照實(shí)際加載車輛軸重、軸距等參數(shù)計(jì)算得到1#箱梁邊跨最大正彎矩截面在各級(jí)荷載或各點(diǎn)位加載下的試驗(yàn)彎矩及荷載效率系數(shù)，如表1所示。

表1 常規(guī)法和定點(diǎn)法實(shí)際加載效率

如圖6和圖7所示，分別給出了1#梁和2#梁在常規(guī)法和定點(diǎn)法兩種不同加載方式下的荷載-撓度曲線與荷載-應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，兩種加載方式下關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的撓度和應(yīng)變變化規(guī)律一致，且均小于相應(yīng)的理論值，特別是荷載-撓度曲線在不同加載方式下基本重合，說(shuō)明兩種加載方式在反映結(jié)構(gòu)受力性能上基本相同。

從表2中撓度校驗(yàn)系數(shù)、應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)的對(duì)比可以看出，常規(guī)法和定點(diǎn)法兩種加載方式橋梁的校驗(yàn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于彈性階段，同時(shí)也說(shuō)明兩種加載方式反映的結(jié)構(gòu)狀態(tài)較為一致。

(a)

(b)圖6 荷載-撓度曲線

(a)

(b)圖7 荷載-應(yīng)變曲線

表2 常規(guī)法和定點(diǎn)法校驗(yàn)系數(shù)

綜上所述，無(wú)論是從橋梁的撓度、應(yīng)變變化規(guī)律，還是校驗(yàn)系數(shù)對(duì)比，定點(diǎn)法與常規(guī)法測(cè)試結(jié)果吻合較好，兩種方法反映的數(shù)據(jù)變化規(guī)律相同，反映出的橋梁結(jié)構(gòu)受力性能較為一致，這也進(jìn)一步說(shuō)明了定點(diǎn)法的準(zhǔn)確性。

3 應(yīng)用前景

定點(diǎn)常荷載加載方式簡(jiǎn)化了試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程，減少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的技術(shù)要求，更重要的是降低分級(jí)加載對(duì)交通封閉時(shí)間和加載車輛數(shù)量的要求。如表3對(duì)比了常規(guī)法和定點(diǎn)法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)耗費(fèi)的時(shí)間，常規(guī)荷載試驗(yàn)總耗時(shí)為52min，平均每級(jí)加載時(shí)長(zhǎng)為14min；定點(diǎn)常荷載試驗(yàn)總耗時(shí)為33min，平均各點(diǎn)位加載時(shí)長(zhǎng)為8min，定點(diǎn)法較常規(guī)法節(jié)約37%的時(shí)間。若是考慮分級(jí)卸載以及車輛裝載等時(shí)間，定點(diǎn)法可以更加大幅度提升荷載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的加載效率。

需要特別說(shuō)明的是，在應(yīng)用定點(diǎn)常荷載加載方式時(shí)需要注意以下問(wèn)題：

表3 常規(guī)法和定點(diǎn)法耗時(shí)對(duì)比

注：1.一級(jí)和點(diǎn)位加載耗時(shí)中，包含預(yù)加載所有時(shí)間；

2.由于封路時(shí)間限制，本次常規(guī)試驗(yàn)并未進(jìn)行逐級(jí)卸載

(1)荷載試驗(yàn)前期，要著重分析不同位置加載時(shí)支點(diǎn)剪力能否滿足規(guī)范要求，以確保試驗(yàn)安全；

(2)試驗(yàn)過(guò)程中，特別是一級(jí)加載時(shí)，宜逐輛將車輛布置到加載位置，盡量避免一次性布滿全部車輛，并時(shí)刻注意關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)撓度、應(yīng)變變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)停止試驗(yàn)；

(3)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，繪制荷載-撓度或荷載-應(yīng)變曲線要注意換算控制斷面分級(jí)荷載，或者按照截面加載效率繪制曲線。

綜上所述，定點(diǎn)常荷載試驗(yàn)方法在確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)程序，節(jié)約了試驗(yàn)時(shí)間，大大提高了荷載試驗(yàn)效率，可應(yīng)用于中小跨徑橋梁荷載試驗(yàn)當(dāng)中。

4 結(jié)論

針對(duì)常規(guī)荷載試驗(yàn)加載方式存在的問(wèn)題，提出了定點(diǎn)常荷載加載方式，并通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證與總結(jié)，得到以下結(jié)論：

(1)定點(diǎn)法與常規(guī)法試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，反映的撓度、應(yīng)變、校驗(yàn)系數(shù)等數(shù)據(jù)變化規(guī)律一致，驗(yàn)證了定點(diǎn)法的準(zhǔn)確性。

(2)對(duì)比兩種方法的試驗(yàn)耗時(shí)，定點(diǎn)法較常規(guī)法節(jié)約37%的時(shí)間，這說(shuō)明了定點(diǎn)法可以大幅度提升荷載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的加載效率。

(3)在應(yīng)用定點(diǎn)法時(shí)，要充分考慮剪力的影響，加載過(guò)程中控制車輛加載順序，保證試驗(yàn)安全。

綜上，定點(diǎn)常荷載試驗(yàn)方法在確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)程序，節(jié)約了試驗(yàn)時(shí)間，大大提高了荷載試驗(yàn)效率，在中小跨徑橋梁荷載試驗(yàn)中有較為廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，該加載方式也為橋梁荷載試驗(yàn)加載提供了新的思路。