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構的變位和振動,從而測試橋梁結構指定部位的應力、應變、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)和應用范圍,我們僅探討靜力荷載試驗,因為它在設計和施工質量的檢驗,判斷承載力、驗證設計理論和設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構的最不利受力狀態(tài)為目標,用結構校驗系數(shù)和相對殘余變形等參數(shù)對結構的可靠性、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,如應變的測量從箔式應變片、應變計、晶振式應變計、光纖式應變計到無線應變計等新技術,但是結構的性能評定參數(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:設計資料,施工、監(jiān)理、監(jiān)控與竣工技術資料,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
試驗橋跨應選擇受力不利、缺陷較多或病害較嚴重的橋跨。對于結構形式、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;對結構形式不同的多跨橋梁,應按不同結構形式分別選擇具有代表性的一跨或幾跨進行了試驗;對于結構形式相同但跨徑不同的多跨橋梁,則應根據(jù)計算結果,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變、撓度和裂縫開展情況。將靜力計算結果與荷載試驗結果進行對比,并結合原施工控制時所獲得的成橋狀態(tài)恒載應力以確定橋梁結構的實際工作狀態(tài)與設計期望值是否相符,可判定結構的施工質量、運營安全度,并評估橋梁結構的承載截力。
(1)應變觀測。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變計或電阻應變片測量其應變。
由于混凝土材料自身的離散性及裂縫的影響,混凝土橋梁的應變測試結果可能不太理想。通過實測的應變值和理論建模分祈計算值的對比,可得到橋梁結構的強度校驗系數(shù),該系數(shù)反映了橋梁結構實際強度與設計預計值的偏差程度。
(2)撓度觀測。用百分表、精密水準儀或全站儀觀測橋梁結構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,可得到橋梁的結構剛度校驗系數(shù),它反映了橋梁結構實際剛度與設計預計值的偏差程度。
(3)裂縫觀測。加載試驗中裂縫觀測重點應放在結構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相對比較成熟,目前科研熱點主要集中于特新型傳感技術如GPS、光纖光柵和激光測量等方法應用于實際工程中去:另外,無線傳感器技術在最近幾年也得到了廣泛的推廣和應用。
2,動載試驗
橋梁結構的動力特性(頻率、振型和阻尼比)是評估橋梁結構工作性能和進行橋梁動力分析的重要參數(shù)。橋梁在生命周期內將不可避免地承受交通荷載、風等動力作用而產生振動。
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構的損傷情況。