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荷載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用分析

2021-01-15 15:58胡小良
安家(建筑與工程) 2021年49期
關(guān)鍵詞:荷載試驗(yàn)公路橋梁檢測(cè)

胡小良

摘要:結(jié)合某橋梁工程實(shí)例,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn),通過(guò)研究分析獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果,系統(tǒng)性判斷橋梁的結(jié)構(gòu)性能,以期為公路橋梁檢測(cè)中靜載試驗(yàn)的正確應(yīng)用提供有效參考。

關(guān)鍵詞:荷載試驗(yàn);公路橋梁;檢測(cè)

近年來(lái),交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度顯著加快,道路年均車流量明顯增多,在帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),對(duì)公路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的強(qiáng)度與承載力等性能水平提出了更高要求。隨著使用時(shí)間的不斷延長(zhǎng),橋梁的各方面性能必然會(huì)逐漸下降,實(shí)施荷載試驗(yàn),了解并掌握其結(jié)構(gòu)性能以及質(zhì)量安全情況,采取科學(xué)可行的加固措施,對(duì)于保障公路橋梁在實(shí)際使用期間的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1工程概況

以某地一公路橋梁施工工程為例,其主體結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋,觀察分析其在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的使用狀態(tài),發(fā)現(xiàn)其存在局部不穩(wěn)的問(wèn)題現(xiàn)象,不穩(wěn)定的橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)過(guò)往車輛的同行安全產(chǎn)生了極大威脅。針對(duì)這一問(wèn)題情況,決定選用粘貼鋼板的技術(shù)形式,有效加固處理主梁。根據(jù)獲取的調(diào)查資料得知,T梁的局部濕接縫與橫隔板的接頭位置處存在斷裂、開(kāi)裂等情況,因此在組織開(kāi)展加固處理作業(yè)時(shí),需預(yù)先鑿除這一部分,然后將內(nèi)部的構(gòu)造鋼筋拆除,接下來(lái)對(duì)其予以重新配筋,完成模板施工工作即可。除此以外,為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與完整性,需在此處澆筑適宜的混凝土材料,優(yōu)化加固施工效果。舊有的橡膠支座、伸縮縫已嚴(yán)重受損,因此需對(duì)其全部換新。

2橋梁靜態(tài)試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)性能分析

2.1靜態(tài)試驗(yàn)

(1)加載位置的選擇。要確保加載位置選擇的合理性與可行性,科學(xué)確定加載工況,應(yīng)與公路橋梁的具體情況緊密結(jié)合,預(yù)先準(zhǔn)備好相應(yīng)的加載車輛,通過(guò)偏心加載試驗(yàn),檢測(cè)邊梁二分之一截面抵抗最大正彎矩,測(cè)試其抗彎剛度性能。

(2)對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的設(shè)定。在靜態(tài)試驗(yàn)工作正式開(kāi)展前,工作人員需著重明確試驗(yàn)過(guò)程中涉及到的各個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),包括車軸間距大小、車輛的總重等,確保荷載試驗(yàn)得以按照設(shè)計(jì)方案有序進(jìn)行[1]。

(3)試驗(yàn)荷載過(guò)程中采用的分級(jí)方法。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)截面的位移、最大內(nèi)力逐一確定后,可以按照多個(gè)等級(jí)的形式對(duì)其進(jìn)行劃分,一般情況下,以四至五級(jí)為宜,確保荷載試驗(yàn)?zāi)軌蛞噪A段性的形式有序落實(shí)。若是實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中,在時(shí)間、進(jìn)度等其他方面具有一定限制,則可以結(jié)合具體情況適當(dāng)減少分級(jí)量。偏心加載試驗(yàn)這一T梁橋二分之一截面時(shí),按照六級(jí)的分級(jí)形式,逐步完成荷載的施加。此外,按照四個(gè)等級(jí)的形式完成這一截面對(duì)稱加載處理。

(4)試驗(yàn)時(shí)間的把控。橋梁靜態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果主要會(huì)受到環(huán)境溫度等因素的干擾與影響,因此在充分考慮到這一情況的基礎(chǔ)上,選擇在適宜的夜間環(huán)境下,組織開(kāi)展靜態(tài)試驗(yàn)工作,最大限度內(nèi)減少外部環(huán)境及其他干擾因素給試驗(yàn)作業(yè)帶來(lái)不利影響,爭(zhēng)取獲得真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果[2]。

(5)預(yù)加載處理。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)加載時(shí),關(guān)鍵點(diǎn)在于科學(xué)把控加載量,一般情況下,以20%-30%的最大加載量為宜。在正式進(jìn)行預(yù)加載前,工作人員應(yīng)嚴(yán)格檢查每一項(xiàng)試驗(yàn)條件,尤其是試驗(yàn)參與人員的配置、所用儀器儀表的精度與使用性能等情況,確定所有準(zhǔn)備工作無(wú)誤后,再實(shí)施預(yù)加載。

(6)合理界定停止加載的條件。在逐步推進(jìn)加載試驗(yàn)進(jìn)程的過(guò)程中,原本的結(jié)構(gòu)變位會(huì)發(fā)生改變,逐漸進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)。觀察到這一現(xiàn)象后,即可按規(guī)定流程進(jìn)行后續(xù)階段的施加荷載作業(yè)。但若是在實(shí)際試驗(yàn)階段內(nèi)出現(xiàn)以下幾種問(wèn)題情況,工作人員需在第一時(shí)間內(nèi)停止荷載的施加:一是實(shí)測(cè)應(yīng)力過(guò)大,已明顯超出給定的理論計(jì)算值。二是實(shí)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)明顯向下變形情況,且測(cè)得的形變量已不在規(guī)范值范圍內(nèi)。三是在施加荷載期間,裂縫的長(zhǎng)度或?qū)挾鹊汝P(guān)鍵參數(shù)明顯加大,亦或是裂縫深度大幅增加,除此以外,還有新的裂縫不斷出現(xiàn),且縫寬與縫長(zhǎng)大小明顯超出規(guī)定值。四是在實(shí)施加載階段內(nèi),實(shí)測(cè)橋梁向下?lián)隙却笮∵^(guò)高,不在理論計(jì)算值范圍內(nèi),亦或是得出的撓度曲線呈現(xiàn)的分布特征與原設(shè)計(jì)情況大幅偏離[3]。

2.2橋梁靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)橋梁靜載試驗(yàn)的總體評(píng)價(jià)。研究分析獲取的靜載試驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)其與公路橋梁檢測(cè)的設(shè)計(jì)要求間基本統(tǒng)一,這說(shuō)明所用的靜載試驗(yàn)方法是有效可行的,能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)截面的真實(shí)性能特點(diǎn)直觀地反應(yīng)出來(lái),得到的試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確有效。

(2)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際性能狀態(tài)的分析。對(duì)結(jié)構(gòu)撓度、應(yīng)變以及裂縫等多方面情況予以綜合考慮的基礎(chǔ)上,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中的實(shí)際性能狀態(tài)予以客觀評(píng)價(jià):一是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力的評(píng)價(jià)。靜態(tài)試驗(yàn)中,納入對(duì)滿載情況的考量,測(cè)得二分之一截面撓度測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù),范圍為0.88-0.91,二分之一截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)校驗(yàn)系數(shù),均值在0.32-0.73范圍內(nèi),均符合不超過(guò)1.00的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí),觀察各點(diǎn)校驗(yàn)值水平可以發(fā)現(xiàn),其都在要求范圍內(nèi),穩(wěn)定性較好,直觀體現(xiàn)出橋梁結(jié)構(gòu)整體具有相對(duì)較好的安全性,與規(guī)范的運(yùn)營(yíng)要求相一致。二是對(duì)殘余撓度與應(yīng)變的評(píng)價(jià)分析。按照相關(guān)規(guī)定,結(jié)構(gòu)中主要測(cè)點(diǎn)的撓度與殘余應(yīng)變均需穩(wěn)定在0.20以內(nèi)。根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的實(shí)際情況,完成卸載操作后,對(duì)最大撓度測(cè)點(diǎn)予以確定,測(cè)得其對(duì)應(yīng)的相對(duì)殘余撓度的均值范圍為0.19-0.27,相對(duì)殘余應(yīng)變均值最低為0.05,最高為0.21,說(shuō)明與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用要求相一致。三是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)抗裂性的分析。縱觀整個(gè)靜態(tài)試驗(yàn)過(guò)程,可知橫隔梁的側(cè)部、底部以及每片主梁都未出現(xiàn)明顯開(kāi)裂的狀況,完整性相對(duì)較好,由此可以判斷,T梁橋的抗裂性能水平較高。四是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度性能的分析[4]。對(duì)于主梁二分之一截面撓度,其限值是L/600,在進(jìn)行此次橋梁性能檢測(cè)的靜載試驗(yàn)時(shí),結(jié)合現(xiàn)有的過(guò)程參數(shù),計(jì)算這一截面撓度限值為6.67厘米。且在滿載的實(shí)驗(yàn)條件時(shí),得出截面豎向撓度的最大值是2.039厘米,對(duì)比給定的標(biāo)準(zhǔn)限值,可知獲取的試驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定要求相符。

3橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)性能分析

3.1橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

(1)脈動(dòng)試驗(yàn)。脈動(dòng)試驗(yàn)的開(kāi)展條件是橋梁結(jié)構(gòu)面上沒(méi)有交通荷載的情況下,實(shí)施動(dòng)態(tài)試驗(yàn)主要涉及到對(duì)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用,需要測(cè)定的重點(diǎn)內(nèi)容是微小振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程,通常情況下,隨機(jī)荷載激振作用與這一響應(yīng)時(shí)程的產(chǎn)生密切相關(guān)。在此過(guò)程中,需獲取的關(guān)鍵參數(shù)還包括橋梁自振頻率值等,便于系統(tǒng)性評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過(guò)程中的動(dòng)力特征[5]。

(2)跑車試驗(yàn)。開(kāi)展跑車試驗(yàn),選用一輛或兩輛重達(dá)30噸的車輛,基準(zhǔn)值是橋梁的固有頻率,要求車輛在實(shí)際通行期間激發(fā)出的激振力大小與其相統(tǒng)一,以此達(dá)到形成共振的效果,產(chǎn)生較大的振動(dòng)響應(yīng)值。此次跑車試驗(yàn)中,控制車輛的行駛速度分別為15km/h、20km/h、25km/h、30km/h、35km/h。

(3)跳車試驗(yàn)。開(kāi)展跳車試驗(yàn),選用一輛重達(dá)30噸的車輛,在進(jìn)行正式試驗(yàn)前,試驗(yàn)人員需在主橋跨中位置處放置一個(gè)厚度大小適宜的墊木,自這一墊木下落后輪,在此期間橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)受到來(lái)自車輛的強(qiáng)烈沖擊作用力,進(jìn)而產(chǎn)生較為明顯的上下振動(dòng)。借助于結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng),對(duì)二分之一截面位置處動(dòng)撓度的最大值進(jìn)行檢測(cè),在此基礎(chǔ)上獲取激振頻率值。

(4)剎車試驗(yàn)。使一重達(dá)30噸的車輛,向二分之一截面處以20千米每小時(shí)的速度行駛,待到達(dá)這一位置后,讓車輛急剎車,由于這一操作會(huì)使得車輛形成較大慣性,因而會(huì)給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的沖擊力。組織開(kāi)展剎車試驗(yàn)主要涉及到對(duì)動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)的使用,便于對(duì)測(cè)點(diǎn)動(dòng)撓度的最大值予以準(zhǔn)確檢測(cè)。測(cè)試系統(tǒng)的選擇需結(jié)合現(xiàn)有的檢測(cè)條件等實(shí)際情況,并適配精度較高的動(dòng)態(tài)傳感器,,以滿足數(shù)據(jù)測(cè)量在真實(shí)性與準(zhǔn)確性方面的規(guī)定要求。參照獲取的數(shù)據(jù)信息,構(gòu)建振動(dòng)時(shí)程曲線,得到阻尼、沖擊系數(shù)以及自振頻率等關(guān)鍵參數(shù)值。

3.2橋梁動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)基頻分析。此次動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中,2.4912赫茲是基頻理論計(jì)算值,在完成檢測(cè)后,獲取的實(shí)際值是2.929赫茲,說(shuō)明實(shí)測(cè)值偏大,超出理論值,由此可知與理論計(jì)算值相比,橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際振動(dòng)頻率更高,橋梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過(guò)程中的剛度性能也滿足規(guī)定要求。

(2)阻尼比分析。0.0813是結(jié)構(gòu)阻尼比的實(shí)測(cè)值,相比于經(jīng)驗(yàn)值更高,這說(shuō)明在使用粘貼鋼板,完成對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的加固處理后,整個(gè)公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力顯著提升。

(3)沖擊系數(shù)分析。1.0289是橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)的實(shí)測(cè)值,與1.1742的理論值相比,測(cè)得的沖擊系數(shù)相對(duì)偏小,說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力性能在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ):通過(guò)靜載試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn),測(cè)試公路橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、抗裂型、基頻、沖擊系數(shù)以及阻尼比等關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo),對(duì)比理論值,測(cè)得各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合公路橋梁性能規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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