中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
橋梁靜載試驗(yàn)的目的及分類(lèi)
一、靜載試驗(yàn)的目的
橋梁靜載試驗(yàn)是指對(duì)處于工作狀態(tài)下或模擬支承的結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件分級(jí)緩慢施加設(shè)計(jì)或等效荷載，對(duì)結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在靜力荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)(變形、開(kāi)裂、破壞等)歷程進(jìn)行測(cè)試，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析處理，按照有關(guān)規(guī)范及規(guī)程判斷結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作性前及使用狀態(tài)。
橋梁靜載試驗(yàn)主要適用于模擬和研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在靜力荷載作用下的強(qiáng)度、剛度、抗裂性能等基本性能及破壞機(jī)制，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在各種靜力荷載作用下應(yīng)力、應(yīng)變、撓度與所施加荷載的關(guān)系,為研究和判斷結(jié)構(gòu)工作性能提供科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)。橋梁靜載試驗(yàn)試驗(yàn)的目的包括以下幾個(gè)方面：
（1）檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，驗(yàn)證其安全性與可靠度。
橋梁結(jié)構(gòu)尤其是大跨度和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其干擾因素多,施工控制困難，其施工質(zhì)量受設(shè)計(jì)、施工工藝、材料、環(huán)境等因素影響可能會(huì)出現(xiàn)各種不同的問(wèn)題。因此，在橋梁竣工后往往要通過(guò)靜載試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)受力性能和承載能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)文件和規(guī)范的要求，判定橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，為將評(píng)定結(jié)果作為評(píng)定工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要科學(xué)、可靠的依據(jù)。
（2）驗(yàn)證橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料不斷推廣應(yīng)用，致使在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工中必然會(huì)遇到一些新問(wèn)題,其設(shè)計(jì)、計(jì)算理論或設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)予以驗(yàn)證或確定。在積累大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,就可以逐步建立和完善這類(lèi)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法,為推動(dòng)橋梁事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
（3）掌握橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載作力。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，已經(jīng)建成各類(lèi)公路橋梁數(shù)量已將近100萬(wàn)座，許多早期建造的橋梁已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)狀交通荷載的要求。早期建造的橋梁由于設(shè)計(jì)荷載等級(jí)偏低，橋梁由于設(shè)計(jì)、施工等原因產(chǎn)生的病害、運(yùn)營(yíng)環(huán)境影響、材料的退化等影響，以及交通量增加使橋梁處于超載運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，給橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)巨大的威脅。幾年來(lái)我國(guó)各類(lèi)橋梁垮塌事件也時(shí)有發(fā)生，此外一些自然災(zāi)害和突發(fā)事件如地震、特大暴雨、泥石流以及車(chē)船撞擊等造成一些橋梁出現(xiàn)不同程度的損傷或破壞。因此，通過(guò)橋梁靜載試驗(yàn)可以對(duì)橋梁承載能力和使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，為橋梁采取限載措施或加固改造提供依據(jù)。對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部構(gòu)件損傷的情況，可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)判斷構(gòu)件的損傷程度及對(duì)整體承載能力、整體受力性能的影響。
（4）評(píng)定橋梁承載能力，完善橋梁技術(shù)資料
目前我國(guó)現(xiàn)役橋梁有很多都是早期建設(shè)的，由于管理不當(dāng)或其它原因等已經(jīng)無(wú)法查找到橋梁原設(shè)計(jì)、施工和竣工資料。對(duì)于沒(méi)有相關(guān)資料的橋梁通過(guò)靜載試驗(yàn)，可以評(píng)估其使用性能和承載能力，確定橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況和使用條件，并補(bǔ)充完善相關(guān)技術(shù)資料。
二、靜載試驗(yàn)的分類(lèi)
橋梁靜載試驗(yàn)可采用多種分類(lèi)方式，根據(jù)靜載試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，可分為科學(xué)研究性試驗(yàn)和生產(chǎn)鑒定性試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)的對(duì)象不同，可以分為原型試驗(yàn)和模型試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的不同，可以分為室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；根據(jù)荷載作用時(shí)間的長(zhǎng)短，可以分為短期荷載試驗(yàn)和長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)；根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象的組成不同,可分為全橋整體試驗(yàn)和局部構(gòu)件試驗(yàn)。
關(guān)于橋梁靜載試驗(yàn)控制荷載的理解
橋梁的靜載試驗(yàn)通常需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的形式來(lái)確定橋梁靜載加載的控制截面和荷載試驗(yàn)工況。靜載試驗(yàn)控制截面根據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)力、撓度、裂縫等關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)設(shè)定控制截面，控制截面的控制荷載需要通過(guò)橋梁的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析來(lái)確定。
而靜載試驗(yàn)對(duì)控制截面內(nèi)力、應(yīng)力、撓度和裂縫關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算加載的標(biāo)準(zhǔn)目前主要按照橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載來(lái)計(jì)算。按照設(shè)計(jì)荷載來(lái)計(jì)算控制截面的主要受力指標(biāo)對(duì)于新建的橋梁結(jié)構(gòu)可能是比較合適的，因?yàn)樾陆蛄旱睦碚撚?jì)算狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)之間差別較小。
對(duì)于既有運(yùn)營(yíng)的橋梁，由于橋梁結(jié)構(gòu)病害、構(gòu)件損傷以及材質(zhì)性能的退化以及缺乏橋梁歷次維修加固資料等，橋梁結(jié)構(gòu)若采用設(shè)計(jì)資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，則橋梁結(jié)構(gòu)模型與橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)之間可能會(huì)存在較大的偏差，最終會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的評(píng)定結(jié)果。此外橋梁設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)可能與橋梁實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的現(xiàn)狀交通荷載會(huì)往往不同，采用設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果作為橋梁荷載試驗(yàn)的控制荷載也是不妥的。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，采用設(shè)計(jì)荷載作為計(jì)算試驗(yàn)控制荷載的依據(jù)，即使橋梁荷載試驗(yàn)的承載能力能滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)荷載的承載要求，也不能保證橋梁結(jié)構(gòu)在現(xiàn)狀交通狀態(tài)下的安全運(yùn)營(yíng)。
綜上所述，橋梁靜載試驗(yàn)在設(shè)計(jì)靜載加載方案時(shí)，對(duì)于控制截面的關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算的試驗(yàn)控制荷載的選擇包括：橋梁設(shè)計(jì)荷載指標(biāo)和現(xiàn)狀交通荷載模型指標(biāo)。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)偏差較小，且現(xiàn)狀交通荷載與設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)基本相當(dāng)時(shí)，靜載試驗(yàn)控制荷載計(jì)算可以選用設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)差別較大，應(yīng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果來(lái)修正橋梁結(jié)構(gòu)的模型。當(dāng)橋梁現(xiàn)狀交通荷載與設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)相差較大時(shí)，應(yīng)該對(duì)橋梁通行的交通荷載進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，以橋梁實(shí)際統(tǒng)計(jì)分析的交通荷載作為試驗(yàn)控制荷載的依據(jù)。
（1）設(shè)計(jì)控制荷載
為保證荷載試驗(yàn)的有效性，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)現(xiàn)行的規(guī)范確定控制荷載，不同的行業(yè)對(duì)控制荷載的規(guī)定也有所差異。
1） 公路橋梁
對(duì)于橋梁技術(shù)狀況等級(jí)比較好的橋梁，其設(shè)計(jì)狀態(tài)與橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)受力狀態(tài)差別較小時(shí)，可以采用設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)作為試驗(yàn)控制荷載計(jì)算的依據(jù)。對(duì)于此類(lèi)橋可以按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2015)或《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60—2004)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)；其荷載等級(jí)分為公路一I級(jí)和公路—Ⅱ級(jí)；荷載分為車(chē)輛荷載和車(chē)道荷載，主梁、主拱、主桁等整體結(jié)構(gòu)采用車(chē)道荷載控制，橋臺(tái)、橫隔板等局部加載采用車(chē)輛荷載。
2） 城市橋梁
橋梁技術(shù)狀況等級(jí)較好的橋梁，其設(shè)計(jì)狀態(tài)與真實(shí)橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)差別較小時(shí)，城市橋梁超載相對(duì)較少。因此城市橋梁設(shè)計(jì)控制荷載標(biāo)準(zhǔn)可以按照《城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 77-98）或《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11-2011）（2019版）；其荷載等級(jí)為城—A級(jí)和城—B級(jí)；汽車(chē)荷載應(yīng)由車(chē)道荷載和車(chē)輛荷載組成，橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算應(yīng)采用車(chē)道荷載，橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載、橋臺(tái)和擋土墻壓力等的計(jì)算應(yīng)采用車(chē)輛荷載。
對(duì)于其它行業(yè)的橋梁和人行專(zhuān)用橋當(dāng)技術(shù)狀況較好時(shí)，其試驗(yàn)控制荷載按照相關(guān)行業(yè)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行。
（2）現(xiàn)狀交通荷載作為控制荷載
當(dāng)橋梁現(xiàn)狀交通荷載與原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)相差較大時(shí)，即橋梁現(xiàn)狀交通荷載遠(yuǎn)超過(guò)其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)，橋梁靜載試驗(yàn)控制荷載應(yīng)實(shí)際調(diào)查統(tǒng)計(jì)的交通荷載作為試驗(yàn)控制荷載。
北京某國(guó)道上橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為汽超-20級(jí)，其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)中主車(chē)車(chē)輛重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為300kN，重車(chē)車(chē)輛的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為550kN。朱尚清等對(duì)該國(guó)道橋梁安裝動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)（WIM）,根據(jù)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)對(duì)橋梁的車(chē)輛荷載模型進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)回歸得到主車(chē)車(chē)輛重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為570kN，重車(chē)車(chē)輛的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為760kN。通過(guò)現(xiàn)狀交通荷載模型與設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知，該國(guó)道上橋梁現(xiàn)狀交通荷載遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)荷載，采用設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)作為橋梁靜載試驗(yàn)的荷載是偏于不安全的。
因此對(duì)于早期建造的橋梁，當(dāng)橋梁現(xiàn)狀交通荷載與設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)相差較大時(shí)，即橋梁存在嚴(yán)重超載運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，橋梁靜載試驗(yàn)控制荷載宜采用現(xiàn)狀交通荷載，才能確保橋梁承載能力評(píng)定結(jié)果滿(mǎn)足橋梁安全運(yùn)營(yíng)的需求。
（3）試驗(yàn)控制荷載的計(jì)算
通常對(duì)橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)定的依據(jù)的數(shù)據(jù)，不管是理論計(jì)算值還是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值均是在試驗(yàn)荷載作用下對(duì)應(yīng)的增量，不包括橋梁恒載產(chǎn)生的效應(yīng)。因此對(duì)于橋梁靜載試驗(yàn)的控制荷載是基于活載效應(yīng)進(jìn)行加載控制的，可以采用設(shè)計(jì)正常使用活載來(lái)控制,也可以采用現(xiàn)狀交通統(tǒng)計(jì)的活荷載來(lái)控制。在橋梁靜載加載試驗(yàn)時(shí)模擬設(shè)計(jì)或現(xiàn)狀交通荷載所考慮的最不利受力狀態(tài),測(cè)試活載作用引起的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。通常情況下橋梁靜載試驗(yàn)對(duì)于恒載產(chǎn)生的效應(yīng)是難以測(cè)量的，對(duì)于可以利用施工期間或橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施時(shí)布設(shè)預(yù)埋傳感器等方法，測(cè)定控制部位的恒載應(yīng)力,以收集盡可能多的原始數(shù)據(jù),對(duì)結(jié)構(gòu)性能做出客觀、全面的判斷。
對(duì)采用多種設(shè)計(jì)活載控制的橋梁,需將各種活載對(duì)控制部位產(chǎn)生的最大效應(yīng)進(jìn)行比較.取其中的最大者作為控制荷載。內(nèi)力(或變形)控制值采用設(shè)計(jì)荷載圖式在內(nèi)力(或變形)影響線(xiàn)上布載得到,并按規(guī)范計(jì)入人群、沖擊的影響。對(duì)預(yù)制裝配式橋梁,如T梁橋、箱形梁橋肋拱橋等,需進(jìn)行荷載橫向分布計(jì)算,以構(gòu)件為單元進(jìn)行最不利加載。
