橋梁靜載試驗(yàn)的目的及分類

一、靜載試驗(yàn)的目的

橋梁靜載試驗(yàn)是指對處于工作狀態(tài)下或模擬支承的結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件分級緩慢施加設(shè)計(jì)或等效荷載,，對結(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,、開裂、破壞等)歷程進(jìn)行測試,，然后對現(xiàn)場測試結(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出現(xiàn)各種不同的問題,。因此，在橋梁竣工后往往要通過靜載試驗(yàn)來檢驗(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,，為將評定結(jié)果作為評定工程質(zhì)量優(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)、施工中必然會遇到一些新問題,其設(shè)計(jì),、計(jì)算理論或設(shè)計(jì)參數(shù)需要通過試驗(yàn)來予以驗(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設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法,為推動橋梁事業(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,。

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，已經(jīng)建成各類公路橋梁數(shù)量已將近100萬座,，許多早期建造的橋梁已經(jīng)不能滿足現(xiàn)狀交通荷載的要求,。早期建造的橋梁由于設(shè)計(jì)荷載等級偏低，橋梁由于設(shè)計(jì),、施工等原因產(chǎn)生的病害,、運(yùn)營環(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)營狀態(tài),，給橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營帶來巨大的威脅。幾年來我國各類橋梁垮塌事件也時有發(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,，通過橋梁靜載試驗(yàn)可以對橋梁承載能力和使用性能進(jìn)行評價(jià)，為橋梁采取限載措施或加固改造提供依據(jù),。對于橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部構(gòu)件損傷的情況,，可以通過試驗(yàn)來判斷構(gòu)件的損傷程度及對整體承載能力、整體受力性能的影響,。

（4）評定橋梁承載能力,，完善橋梁技術(shù)資料

目前我國現(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)無法查找到橋梁原設(shè)計(jì),、施工和竣工資料,。對于沒有相關(guān)資料的橋梁通過靜載試驗(yàn)，可以評估其使用性能和承載能力,，確定橋梁的運(yùn)營狀況和使用條件,，并補(bǔ)充完善相關(guān)技術(shù)資料。

二,、靜載試驗(yàn)的分類

橋梁靜載試驗(yàn)可采用多種分類方式,，根據(jù)靜載試驗(yàn)?zāi)康牟煌煞譃榭茖W(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)場地的不同,，可以分為室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn),；根據(jù)荷載作用時間的長短，可以分為短期荷載試驗(yàn)和長期荷載試驗(yàn),；根據(jù)試驗(yàn)對象的組成不同,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)來設(shè)定控制截面,，控制截面的控制荷載需要通過橋梁的結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析來確定,。

而靜載試驗(yàn)對控制截面內(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)荷載來計(jì)算,。按照設(shè)計(jì)荷載來計(jì)算控制截面的主要受力指標(biāo)對于新建的橋梁結(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。

對于既有運(yùn)營的橋梁,，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)之間可能會存在較大的偏差,，最終會影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的評定結(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)營狀態(tài)的現(xiàn)狀交通荷載會往往不同,，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,。換句話來說，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,。

綜上所述,，橋梁靜載試驗(yàn)在設(shè)計(jì)靜載加載方案時，對于控制截面的關(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,，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)對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的檢測,，依據(jù)檢測結(jié)果來修正橋梁結(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，應(yīng)該對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)對控制荷載的規(guī)定也有所差異,。

1） 公路橋梁

對于橋梁技術(shù)狀況等級比較好的橋梁，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,，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)。對于此類橋可以按照《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),；其荷載等級分為公路一I級和公路—Ⅱ級,；荷載分為車輛荷載和車道荷載，主梁,、主拱,、主桁等整體結(jié)構(gòu)采用車道荷載控制,，橋臺、橫隔板等局部加載采用車輛荷載,。

2） 城市橋梁

   橋梁技術(shù)狀況等級較好的橋梁,，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，城市橋梁超載相對較少,。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）；其荷載等級為城—A級和城—B級,；汽車荷載應(yīng)由車道荷載和車輛荷載組成,，橋梁結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算應(yīng)采用車道荷載，橋梁結(jié)構(gòu)的局部加載,、橋臺和擋土墻壓力等的計(jì)算應(yīng)采用車輛荷載。

對于其它行業(yè)的橋梁和人行專用橋當(dāng)技術(shù)狀況較好時,，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，即橋梁現(xiàn)狀交通荷載遠(yuǎn)超過其設(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,。

北京某國道上橋梁設(shè)計(jì)荷載等級標(biāo)準(zhǔn)為汽超-20級，其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)中主車車輛重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為300kN,，重車車輛的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為550kN,。朱尚清等對該國道橋梁安裝動態(tài)稱重系統(tǒng)（WIM）,根據(jù)動態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)對橋梁的車輛荷載模型進(jìn)行了研究，統(tǒng)計(jì)回歸得到主車車輛重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為570kN,，重車車輛的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為760kN,。通過現(xiàn)狀交通荷載模型與設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)對比可知，該國道上橋梁現(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,，即橋梁存在嚴(yán)重超載運(yùn)營狀態(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定結(jié)果滿足橋梁安全運(yùn)營的需求。

（3）試驗(yàn)控制荷載的計(jì)算

通常對橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)時橋梁結(jié)構(gòu)承載能力評定的依據(jù)的數(shù)據(jù),，不管是理論計(jì)算值還是現(xiàn)場測試值均是在試驗(yàn)荷載作用下對應(yīng)的增量,，不包括橋梁恒載產(chǎn)生的效應(yīng)。因此對于橋梁靜載試驗(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)正常使用活載來控制,也可以采用現(xiàn)狀交通統(tǒng)計(jì)的活荷載來控制,。在橋梁靜載加載試驗(yàn)時模擬設(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)對于恒載產(chǎn)生的效應(yīng)是難以測量的，對于可以利用施工期間或橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施時布設(shè)預(yù)埋傳感器等方法,，測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),對結(jié)構(gòu)性能做出客觀,、全面的判斷。

   對采用多種設(shè)計(jì)活載控制的橋梁,需將各種活載對控制部位產(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)影響線上布載得到,并按規(guī)范計(jì)入人群,、沖擊的影響。對預(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,。