橋梁荷載試驗是判定橋梁承載力性能時所不可忽略的重要步驟之一。橋梁荷載試驗利用荷載作用引起橋梁結(jié)構(gòu)的變位和振動,從而測試橋梁結(jié)構(gòu)指定部位的應(yīng)力、應(yīng)變、位移及加速度等數(shù)據(jù)。橋梁的荷載試驗分為靜載和動載兩種方式,考慮到最能夠直接有效評定橋梁的工作狀態(tài)和應(yīng)用范圍,我們僅探討靜力荷載試驗,因為它在設(shè)計和施工質(zhì)量的檢驗,判斷承載力、驗證設(shè)計理論和設(shè)計方法等方面更為準確和可靠。
靜荷載試驗基本原理就是在不同的橋梁荷載組合方式下,驗證控制截面的應(yīng)變、位移或裂縫,進而分析橋梁的承載能力和病害程度,一般情況下以反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)為目標,用結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)和相對殘余變形等參數(shù)對結(jié)構(gòu)的可靠性、剛度、安全度或強度儲備等給予判定。而在試驗數(shù)據(jù)的獲取中,也不斷的發(fā)展了各種形式的傳感器技術(shù),如應(yīng)變的測量從箔式應(yīng)變片、應(yīng)變計、晶振式應(yīng)變計、光纖式應(yīng)變計到無線應(yīng)變計等新技術(shù),但是結(jié)構(gòu)的性能評定參數(shù)仍然以上述指標為主。
一般情況下,橋梁荷載試驗應(yīng)按三個階段進行,即準備階段、加載與測試階段、分析評定階段。準備階段的工作是順利地進行橋梁荷載試驗的必要條件。實踐證明,整個橋梁荷載試驗工作的成敗在很大程度上取決于試驗前的準備工作。
試驗準備階段的工作包括:
1,資料準備
根據(jù)需要收集資料,具體包括:設(shè)計資料,施工、監(jiān)理、監(jiān)控與竣工技術(shù)資料,養(yǎng)護、試驗資料及其維修與加固資料,橋梁運營荷載資料等。通過實地調(diào)查,直接觀察橋梁外觀缺損狀況,判斷病害成因,掌握管養(yǎng)或加固及當前運行情況,有針對性地確定試驗橋跨和工作重點。
2,試驗橋跨的選擇
試驗橋跨應(yīng)選擇受力不利、缺陷較多或病害較嚴重的橋跨。對于結(jié)構(gòu)形式、跨徑相同的多跨橋梁,可選擇具有代表性的一跨或幾跨進行試驗;對結(jié)構(gòu)形式不同的多跨橋梁,應(yīng)按不同結(jié)構(gòu)形式分別選擇具有代表性的一跨或幾跨進行了試驗;對于結(jié)構(gòu)形式相同但跨徑不同的多跨橋梁,則應(yīng)根據(jù)計算結(jié)果,綜合分析選定其中受力最不利的一跨或幾跨進行試驗。
橋梁靜荷載試驗可按加載方式不同分為
靜載試驗和動載試驗。
1,靜載試驗
橋梁靜載試驗主要測試橋梁控制截面的應(yīng)變、撓度和裂縫開展情況。將靜力計算結(jié)果與荷載試驗結(jié)果進行對比,并結(jié)合原施工控制時所獲得的成橋狀態(tài)恒載應(yīng)力以確定橋梁結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符,可判定結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、運營安全度,并評估橋梁結(jié)構(gòu)的承載截力。
(1)應(yīng)變觀測。首先由計算確定橋梁的控制截面,然后在主梁控制截面處粘貼振弦式應(yīng)變計或電阻應(yīng)變片測量其應(yīng)變。
由于混凝土材料自身的離散性及裂縫的影響,混凝土橋梁的應(yīng)變測試結(jié)果可能不太理想。通過實測的應(yīng)變值和理論建模分祈計算值的對比,可得到橋梁結(jié)構(gòu)的強度校驗系數(shù),該系數(shù)反映了橋梁結(jié)構(gòu)實際強度與設(shè)計預(yù)計值的偏差程度。
(2)撓度觀測。用百分表、精密水準儀或全站儀觀測橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形情況。通過實測變形和理論建模分析的對比,可得到橋梁的結(jié)構(gòu)剛度校驗系數(shù),它反映了橋梁結(jié)構(gòu)實際剛度與設(shè)計預(yù)計值的偏差程度。
(3)裂縫觀測。加載試驗中裂縫觀測重點應(yīng)放在結(jié)構(gòu)承受拉力較大部位及原有裂縫較長、較寬的部位。
靜載試驗相對于動載試驗而言技術(shù)相對比較成熟,目前科研熱點主要集中于特新型傳感技術(shù)如GPS、光纖光柵和激光測量等方法應(yīng)用于實際工程中去:另外,無線傳感器技術(shù)在最近幾年也得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。
2,動載試驗
橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性(頻率、振型和阻尼比)是評估橋梁結(jié)構(gòu)工作性能和進行橋梁動力分析的重要參數(shù)。橋梁在生命周期內(nèi)將不可避免地承受交通荷載、風等動力作用而產(chǎn)生振動。
動載試驗較靜載試驗更接近于橋梁的實際使用狀態(tài),可更有效地把握橋梁的實際運營性能。動載試驗屬于橫態(tài)測試問題,一些研究人員希望通過對橋梁動態(tài)特性如頻率、振型的分析而識別出結(jié)構(gòu)的損傷情況。