1 荷載試驗法
荷載試驗是一種較為直觀評價橋梁承載能力,並為廣大工程技術人員所接受的方法。荷載試驗包括靜載試驗和動載試驗兩種。
1.1 靜載試驗
靜載試驗是通過在橋梁結構上施加與設計荷載或使用荷載基本相當的外荷載,一般可以通過車輛等載入裝置來實現載入。靜載試驗的載入過程是從零開始逐步分級遞增,一直到預定的荷載為止,利用儀器實測橋梁結構的控制部位與控制截面在各級試驗荷載作用下的撓度、應力、裂縫的變化等試驗專案,並將測試結果與結構按相應荷載作用下的計算值及範的規定值相比較,通過校驗係數λ來說明結構潛在的承載能力, 從而評價橋梁結構的安全狀況。校驗係數λ按公式(1)確定。
(1)λ=1 時,說明實測值與理論值完全相符;
λ<1 時,說明結構安全狀況良好,承載力有一定富餘;
λ>1 時,說明結構安全狀況較差,設計強度不足。
1.2 動載試驗。動載試驗是通過結構的動力
特性和剛度之間的關係來評定橋梁的安全狀況。
通過橋上車輛的跑車、跳車、剎車等動荷載及穩態、瞬態等方式的激振荷載作用,測試橋梁結構各控制部位的固有頻率等動態引數。分析測試結果,並與相應的計算值或經驗值對比分析進而評定橋梁承載能力,分析橋梁的安全運營狀況。目前,國內外規範對橋梁結構的動力特性尚無統一的評價尺度,但在實際測試中,通常通過橋梁結構固有頻率的實測值與理論計算值相比較來評價結構的安全效能。
如果實測值大於理論計算值,說明橋梁結構的實際剛度較大, 反之則說明橋梁結構的剛度偏小,可能存在開裂或其它不正常現象。
2 荷載試驗評定
2.1 靜載試驗。由於簡支梁橋屬於靜定結構,
受力簡單明確,故選定跨中截面和支點截面作為測試截面。選用試驗用車2 臺,模擬荷載汽超- 20 級,掛車- 120 載入。荷載布置時遵照現行橋規《公路橋涵設計通用規範》(jtgh11- 2004)的規定,按縱向影響線最不利荷載位置進行布置,由於本橋跨徑較小,故只測取跨中截面正彎矩。
為驗證跨中截面的最大正彎矩效應、最大撓度效應,進行兩種工況載入:工況1:橫向兩輛車偏心布置,縱向使跨中彎矩最大;工況2:
橫向兩輛車按橋中線對稱布置,縱向使跨中彎矩最大。跨中截面各控制測點的實測撓度與理論計算值的對比結果如圖1 所示，跨中截面各部位實測應力增量值與理論計算應力增量值的對比結果如圖2 所示。此次載入的荷載效率均在0.
90~1.05 之間,與我國《公路舊橋承載能力檢測評定規程》建議值0.80~1.
05 基本一致,說明試驗載入是足夠充分的。根據橋跨結構各控制截面的載入工況,各控制測點的撓度校驗係數及混凝土應力校驗係數見表1。由表1 可以得出撓度校驗係數最大值為0.
76,混凝土應力校驗係數最大值為0.78,均小於1,說明錫箔河大橋在使用荷載作用下,主梁跨中截面的抗彎能力尚能滿足汽車- 超20 級,掛車- 120 荷載的使用要求,但由於該橋運營多年,並且某些承重部位已經損壞, 結構整體的抗彎能力降低,安全性受到影響。
2.2 動載試驗
本橋通過測試橋跨結構在試驗荷載作用下引起的固有頻率、阻尼比、振型、衝擊係數等,對該橋的動力效能進行評價,從而判斷橋跨結構是否處在安全的振動工作狀態。
2.2.1 衝擊係數測試。
衝擊係數能夠綜合反映出橋跨結構的動力特性、車輛的運動效能以及橋面的平整狀態等。它在橋梁設計或橋梁檢測中,是確定車輛荷載對結構動力作用的重要技術引數,衝擊係數的大小直接影響到橋梁結構的安全性和設計的經濟合理性。本次測試中測點位於跨中,試驗採用一輛三軸解放汽車在橋面無障礙情況下,以不同速度勻速過橋激振,實測跨中測點在不同車速通過時的衝擊係數見表2。
由上表可知,實測衝擊係數小於理論計算值,說明動載對結構產生的效應影響小於理論計算採用的動載效應值。
2.2.2 模態測試。
由振動理論可知,通常橋梁結構的阻尼比在0.01~0.08 之間,阻尼比越大,說明橋跨結構耗散外部能量輸入的能力越強,振動衰減得越快。
對於結構頻率的測定,如果實測值大於理論值,說明橋梁結構的實際剛度較大,反之則說明實際剛度偏小。本次測試中將測試孔橋面按梁長6等分,在各區段的分界處設定891 拾振器,測取同一時段內各測點處的振幅和相位差,經過模態軟體分析計算得出錫箔河大橋的固有頻率、阻尼比及頻譜曲線,如圖3、4、5 所示:從一階、二階振型圖中可以看出測試孔上部結構振型與簡支梁主振型的正常規律有所偏差。
根據實測結構的一階頻率8.80 hz 大於理論計算值5.98hz,阻尼比11.
16%大於結構的合理範圍8%, 說明該橋動剛度滿足設計要求,但結構裂縫情況應受到重視。
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