[科普中國]-單梁

梁是承受垂直于軸線的橫向載荷的桿件。它是工程結(jié)構(gòu)中重要的承力構(gòu)件單梁和連續(xù)梁是兩種支承方式不同的梁的簡稱，單梁只有兩個支承點(diǎn)，即梁的兩端擱在墻或柱上。連續(xù)梁有兩個以上支承點(diǎn)，梁的跨間內(nèi)有一個或一個以上墻柱支承點(diǎn)。

簡介單梁簡單來說是指只有兩個支承的桿件。疊梁使用多根單梁，逐根橫向放入門槽，疊合組成的擋水設(shè)備。單梁橋式起重機(jī)，又稱單梁吊。大車車架具有一根主梁的橋式起 重機(jī)。用來裝卸和轉(zhuǎn)移貨物。由可沿軌道行駛的大 車、起升機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備和司機(jī)室等組成。

單梁法隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃興起，高速公路貫穿我國東西南北，城市立交橋和高架橋也日益增多。橋梁建設(shè)進(jìn)入了一個迅速發(fā)展的新階段，曲線橋梁因其因地制宜，很好地適應(yīng)地形和地物，滿足服從交通線路，且造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)線條平順、輕快、流暢，給人以美的感受，故各種類型的彎梁橋在高速公路和城市立交中的應(yīng)用越來越廣泛。所以，曲線梁橋越來越受到橋梁工程師們的重視，同時對曲線梁橋的設(shè)計(jì)和研究也越來越深入。一般來說可采用三種建模方法進(jìn)行其建模分析，分別為單梁法、梁格法、實(shí)體模型法。單梁法所得內(nèi)力與實(shí)際情況有一定的誤差。但在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)時，單梁法由于建立模型速度較快、計(jì)算效率較高而倍受重視。因此，有必要研究單梁法分析彎箱梁橋的適用條件，以往的文獻(xiàn)研究表明某些彎梁橋由于自身圓心角比較小，其彎扭耦合效應(yīng)較小，使得單梁法所得結(jié)果與實(shí)際情況相差并不大。單梁法，又稱“脊骨梁”法，在有限元建模分析中，將曲線箱梁模擬為集中主梁形心處的梁單元，并假設(shè)受力后該橋梁橫截面保持平面(即不發(fā)生翹曲變形)，且截面形狀保持不變。理論與建模均較為簡單，易于計(jì)算。但該方法不能考慮橋梁橫截面的畸變、翹曲1。

單梁靜載試驗(yàn)從鋼筋混凝土得到廣泛應(yīng)用開始，國內(nèi)外許多學(xué)者為了得到鋼筋混凝土梁的受力特性，就早已開展過大量的單梁靜載試驗(yàn)。單梁靜載試驗(yàn)仍然是掌握鋼筋混凝土梁體力學(xué)性能以及確保施工質(zhì)量的最直接有效的重要手段。

但用單梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)來評價其施工質(zhì)量的工作還做得較少，這是因?yàn)橐M(jìn)行靜載試驗(yàn)首先需將單梁按成橋階段的支撐狀態(tài)架設(shè)起來，而鋼筋混凝土單梁體積大、質(zhì)量重，架設(shè)較為困難，并且在施工現(xiàn)場尋找合適的分級加載載荷也是比較困難的，而單梁靜載試驗(yàn)的測試內(nèi)容和方法又和成橋靜載試驗(yàn)一樣，諸多因素的影響使得單梁靜載試驗(yàn)耗時耗力而被很少采用。近年來，隨著檢測技術(shù)的突破，由于實(shí)際橋梁中廣泛應(yīng)用，使得無損檢測技術(shù)在得到很好的發(fā)展。這些無損檢測技術(shù)可以分為 3 類:一類是以應(yīng)力波理論為基礎(chǔ)的方法如沖擊回波法、表面波頻譜分析法、聲發(fā)射技術(shù)以及超聲脈沖法等；一類是以探地雷達(dá)為代表的利用電磁波的技術(shù)；另外一類是以射線作為探測媒介的方法如紅外熱像法、計(jì)算機(jī)斷層 X 射線掃描技術(shù)(CT)等。無損檢測技術(shù)主要側(cè)重于混凝土結(jié)構(gòu)的完整性測試和強(qiáng)度測試等方面。世界各國不僅進(jìn)行大量荷載試驗(yàn)研究，還在試驗(yàn)方法和測試技術(shù)方面進(jìn)行了很大程度的改進(jìn)，并成功開發(fā)出一些先進(jìn)的動力測量分析儀器、模態(tài)試驗(yàn)分析技術(shù)等，為獲取實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的動力性能提供了可靠的技術(shù)支持和保證?；趧恿y試的檢測評定方法，在此背景下得到很好的發(fā)展，相關(guān)研究課題也受到了國內(nèi)外學(xué)著的密切關(guān)注。盡管世界各國研究人員正在不斷的研究橋梁動力檢測方面的技術(shù)，也取得了一定的研究成果，但是鑒于橋梁動力檢測技術(shù)非常復(fù)雜，且具有學(xué)科交叉運(yùn)用的特性，現(xiàn)階段的橋梁的動力檢測技術(shù)仍沒有形成理論系統(tǒng)和規(guī)范的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)外也有一些學(xué)者做了單梁動力測試方法的大膽嘗試，雖然得到一些有益的結(jié)論，但由于剛度、質(zhì)量和阻尼等諸多因素影響，測試結(jié)果的精度很難保證2。

跨徑較大的橋梁在施工工程中，為使結(jié)構(gòu)可以近似達(dá)到設(shè)計(jì)的幾何位置和受力狀態(tài)，各階段的施工中，要進(jìn)行嚴(yán)格的幾何位置的控制，受力狀態(tài)的監(jiān)控，以測試值為基礎(chǔ)，進(jìn)行預(yù)測下一階段的施工結(jié)果，調(diào)整現(xiàn)場施工方案，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)施工的控制。試驗(yàn)檢測正是施工階段監(jiān)控測試的重要手段之一。

對于運(yùn)用新的結(jié)構(gòu)形式、新型材料、新的施工工藝的工程結(jié)構(gòu)，必須通過試驗(yàn)檢測進(jìn)行評價，鑒定是否符合相關(guān)國標(biāo)與設(shè)計(jì)文件的要求，也為創(chuàng)新設(shè)計(jì)觀念和改進(jìn)施工工藝積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

試驗(yàn)檢測可用于鑒定橋梁施工質(zhì)量優(yōu)劣和鑒定施工事故的原因。在施工質(zhì)量缺陷或施工事故發(fā)生時，可通過試驗(yàn)檢測提供可靠數(shù)據(jù)，為質(zhì)量缺陷和事故的性質(zhì)、范圍和程度的判定提供支持，合理評價事故損失、事故責(zé)任，從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

對于常規(guī)橋涵結(jié)構(gòu)，要求施工前對進(jìn)場的原材料進(jìn)行鑒定，評價是否符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件的要求，從而決定接受或者拒收。橋涵施工中每一個工序，均須通過試驗(yàn)檢測判定其質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測后判定質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)方可繼續(xù)施工，進(jìn)行下一工序。施工結(jié)束后，要進(jìn)行整體檢測評價，或通過荷載試驗(yàn)，來對施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)和性能作出評價，為竣工驗(yàn)收和通車的提供可靠依據(jù)。

對于一些大跨徑橋梁而言，設(shè)計(jì)施工過程中會遇到一些行的問題。此時可通過荷載試驗(yàn)來對結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力性能和承載能力的整體評價。判定其能否達(dá)到相關(guān)要求，并為評定工程質(zhì)量的優(yōu)劣提供了主要技術(shù)資料和可靠依據(jù)。舊橋在運(yùn)營過程中產(chǎn)生病害，構(gòu)件局部發(fā)生意外損傷，從而導(dǎo)致承載能力的和受力性能的下降?？赏ㄟ^對結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，從而判定結(jié)構(gòu)損傷程度，評價受力性能，并確定其運(yùn)營荷載等級。

對橋梁工程中運(yùn)用新的結(jié)構(gòu)形式、新型材料、新的施工工藝的工程結(jié)構(gòu)，應(yīng)通過荷載試驗(yàn)驗(yàn)證橋梁的計(jì)算圖式是否正確，材料性能是否符合理論要求，施工工藝是否達(dá)到預(yù)期目的。此類荷載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，也為以后的科研或?qū)嶋H工程提供了寶貴的資料。

綜上所述，橋梁的試驗(yàn)檢測是大跨徑橋梁或新型橋梁施工質(zhì)量、受力性能和承載能力評價鑒定的可靠手段。橋涵試驗(yàn)檢測技術(shù)的研究和發(fā)展，必將對我國交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展起到重要的推動作用，同時是確?，F(xiàn)場施工質(zhì)量、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要工作。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)