由于自己做過橋梁的荷載試驗,所以對于國外的荷載試驗比較感興趣。雖然香港屬于中國,但是他們在荷載試驗的理解上與我們有較大的區(qū)別,通過這個試驗,對了解先進地區(qū)關(guān)于橋梁荷載試驗的理解有一定幫助。
昂船洲大橋為主跨1018m的混合梁斜拉橋,跨越通過繁忙的葵涌貨柜碼頭的藍巴勒海峽。主梁為雙幅鋼箱梁,雙獨柱塔四索面,設計荷載為公路雙向8車道。該橋于2009年12月20日正式通車。該橋荷載試驗由橋梁業(yè)主(也是管養(yǎng)單位)——香港路政署負責實施,咨詢公司與相關(guān)大學提供技術(shù)支持。
1 方案介紹
1.1 試驗目的
(1)測定橋梁在正常交通荷載下的結(jié)構(gòu)性能。
(2)測定在測試斷面的結(jié)構(gòu)參數(shù)影響線,便于通車后在不利的荷載分布下結(jié)構(gòu)的受力評估,例如交通堵塞情況。
1.2 試驗方案
試驗車輛為5軸、總重42t的大貨車。
(1)測試結(jié)構(gòu)在特定荷載下的反應,加載工況如下:①每車道縱向線荷載加載,主跨1/4跨、1/2跨、3/4跨加載,共9輛加載車輛,間距1.5m,每車長15m。②橫向共8個車道的線荷載加載,主跨1/4跨、1/2跨、3/4跨加載,共8輛加載車輛。③指定位置加載,加載車輛為3×3排列,縱向主跨1/4跨、1/2跨、3/4跨加載,橫向?qū)谌魏?個車道的組合。
(2)測試結(jié)構(gòu)影響線,加載工況如下:①單輛車對包括硬路肩在內(nèi)的所有車道循環(huán)單車道加載。②2輛車對包括硬路肩在內(nèi)的所有車道循環(huán)2車道(任何可能的排列組合)加載。
1.3 試驗結(jié)論
(1)橋梁結(jié)構(gòu)的反應與預期值一致。
(2)更多的測試結(jié)果用于指導健康監(jiān)測系統(tǒng)的標定(包括該橋的有限元模型修正)工作中。
2 異同點分析
我們國家的荷載試驗這里就不用多介紹了,業(yè)內(nèi)人事都比較清楚,并且都有相關(guān)的規(guī)范、方法等,加載效率、校驗系數(shù)也比較容易理解。首先說說相同點,都是通過特定荷載對橋梁進行加載,測試結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的力學反應,并與理論計算進行比較。都是為了減小溫度的影響,得到準確的測試數(shù)據(jù),荷載試驗均安排在夜間進行。結(jié)論都是關(guān)于實際反應結(jié)果與理論結(jié)果的比較。而不同點主要有以下方面:
(1)香港的荷載試驗并不是結(jié)構(gòu)竣工驗收的“法律依據(jù)”,他們認為在規(guī)劃設計、建設期間的質(zhì)量控制完好,結(jié)構(gòu)的承載力等性能自然滿足要求,無需“鑒定”;其荷載試驗的目的更偏向于研究性質(zhì),測定結(jié)構(gòu)在已知荷載下的反應,從而修正計算模型,標定監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù),為后續(xù)運營狀態(tài)的監(jiān)測、評估提供準確的依據(jù)。
(2)作為管理養(yǎng)護部門,香港路政署橋梁處作為業(yè)主直接參與了昂船洲大橋的設計、施工,包括荷載試驗,管養(yǎng)部門本身就是專家,不是簡單的召集開會,說說工期,其他公司提供專業(yè)上的技術(shù)支持。因為在施工設計之初就已包含監(jiān)測系統(tǒng)的設計,因此,監(jiān)測系統(tǒng)完全融入結(jié)構(gòu),并且包含了施工期間的測試數(shù)據(jù)。進行荷載試驗時,不需要額外的布設傳感器(除頻譜法索力測試傳感器等臨時儀器外),數(shù)據(jù)采集工作由監(jiān)測系統(tǒng)完成,故試驗工作量達到最小,現(xiàn)場試驗人員很少;測試數(shù)據(jù)直接用于后期維護,管理養(yǎng)護部門不僅是常規(guī)的養(yǎng)護,而且從橋梁結(jié)構(gòu)受力特點上深入把握,加之與上述監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合,體現(xiàn)了管理養(yǎng)護部門的高水平。
(3)荷載試驗的加載效率沒有一定的要求。一方面受制于有限的試驗經(jīng)費,另一方面由于活載占恒載的比重很小,活載的分級加載結(jié)構(gòu)基本呈線性反應,根據(jù)這一規(guī)律,可利用多次加載結(jié)果計算得到設計活載下的結(jié)構(gòu)反應;當然,每次加載也需要達到一定的量,如昂船洲大橋的加載重約為蘇通長江大橋最大加載工況加載重的1/5。(我國現(xiàn)在的規(guī)范要求試驗荷載的加載效率必須達到設計荷載的90%以上,因此我們的珠江黃埔大橋的荷載試驗,但是一共找了上百臺的加載車,滿布在橋梁上)
(4)強調(diào)影響線加載。固定輪位的加載工況有限,可以通過加載汽車慢速通過,測定測點埋設斷面的各參數(shù)影響線,影響線可用于計算各種組合荷載下的實際結(jié)構(gòu)反應,還可以用于模型修正、監(jiān)測評估。(國外關(guān)于荷載試驗的儀器都有影響線測試的相關(guān)功能,而我國的荷載試驗很少關(guān)于橋梁實際影響線測試的內(nèi)容,也沒有比較實際影響線與理論影響的要求,未來的荷載試驗規(guī)范也沒有這方面的內(nèi)容,對于這方面的理解,我國估計要落后人家5~10年以上。)
(5)香港路政署橋梁處深入?yún)⑴c了昂船洲大橋的設計、施工,并獨立完成健康監(jiān)測系統(tǒng)設計、荷載試驗工作,將繼續(xù)執(zhí)行該橋的管理養(yǎng)護工作,這使得橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)資料得以完整地保留,十分有利于大橋的高質(zhì)量養(yǎng)護。內(nèi)地同一座橋的上述相關(guān)部分可能是由不同單位獨立完成,各自的工作內(nèi)容通常未實現(xiàn)成果共享,對橋梁的管理養(yǎng)護的指導性不強。
3 結(jié)語
3.1 進一步加強業(yè)主的技術(shù)水平、管理水平;在橋梁的規(guī)劃、設計、施工、管理養(yǎng)護方面,業(yè)主應有較強的技術(shù)管理能力。(這是我國的國情,沒當領(lǐng)導前,什么都不懂,當了領(lǐng)導后,什么都懂了)
3.2 對于確定安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)的特大型橋梁,要從整體工程規(guī)劃階段就納入健康監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)容,使健康監(jiān)測系統(tǒng)完全融入橋梁結(jié)構(gòu)中,對橋梁結(jié)構(gòu)的全壽命周期提供連續(xù)性的監(jiān)測,從而提高養(yǎng)護水平。
3.3 對于未安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)的橋梁,每一次荷載試驗應包含結(jié)構(gòu)真實狀態(tài)有限元模型修正的工作,將修正的模型作為荷載試驗的成果之一提交,便于結(jié)構(gòu)的長期承載力評估的一致性。