論動靜荷載試驗在橋梁檢測中的應用

趙賽雷

(貴州省交通科學研究院有限責任公司)

隨著社會經濟的日益發展，我國運輸行業開始向大型重載運輸發展，對現有橋梁和新建橋梁的運輸承載力要求更高。為了確保運輸順暢，橋梁安全穩固，及為今后的橋梁養護、維修、加固工作提供依據，需對橋梁進行檢測與判定。以下將以某橋梁工程為例，詳細闡述動載試驗和靜載試驗橋梁檢測中的應用方法。

1 工程概況

某橋梁工程建于1988年，全橋長1040.64m，29孔，邊孔跨徑29.035m，中孔跨徑3329m，橋面凈寬(0.85+7+0.85)m;上部結構為懸臂懸鏈線空腹式雙曲拱，懸臂長4.50m，主拱跨徑20m;下部結構為群樁基礎，砌塊是重力式墩、臺。為檢測該橋梁的工作性能，工程人員對該橋進行了靜載和動載檢測，設計荷載為汽-13，拖-60。

2 靜載試驗

橋梁靜載試驗是目前檢測橋梁結構性能或工程質量的重要試驗方法，它的原理是將靜止荷載作用在橋梁指定位置，然后對橋梁結構產生的靜力位移、靜力應變、沉降、裂縫等參量進行測試，并依據國家有關橋梁工程規范和工程標準，對橋梁結構在荷載作用下的性能及承載能力作出判斷，評價橋梁的可靠性和安全性。

2.1 靜載試驗荷載位置和測試參量的選擇

靜載實驗的目的是了解橋梁的實際承載能力和使用條件，因此，對新建橋梁進行靜載試驗檢測荷載位置應選擇橋梁設計和施工的薄弱點或有相關規范標準的地方，對既有橋梁荷載位置選擇橋梁工作性能較差、病害較嚴重等不利于受力的孔或墩進行靜載試驗。該橋梁屬于舊橋應選擇病害較嚴重孔、墩為荷載試驗荷載位置。我國新建和既有橋梁的樣式有許多種，為了方便橋梁維修加固和運營管理，相關橋梁工程規范對幾種常見主要橋型靜載試驗需要檢測的荷載參量作了規定，具體內容如表1所示。

表1 幾種主要橋型的加載試驗截面及內容

2.2 試驗荷載的確定

試驗荷載的選定方法為:首先需要知道橋梁設計的相關荷載參數，接著計算出橋梁結構在不同荷載下控制截面的荷載參量，從中選擇達到控制截面的最大承載界限的荷載作為該截面的控制荷載，并根據計算數據得出該截面的荷載內力影響線;保證實際荷載與控制荷載相一致，然后依據內力影響線對橋梁結構進行加載試驗，進而得出試驗荷載參數。為了驗證實驗數據真實可靠，需要檢查試驗荷載參數與設計的荷載參數的相似性，其相似程度用試驗荷載校驗系數η表示。

2.3 靜載試驗結果分析與評價

校驗系數η是衡量橋梁結構工作性能的重要指標，用于評價橋梁的承載能力。所謂校驗系數，是指某一測點處靜載的實測值與設計值或理論計算值的比值。一般情況下，當η=1時，說明實測值與理論值完全相符;當η＜1時，說明橋梁結構工作性能較好，有安全保障;當η＞1時，說明橋梁結構工作性能差，需要維修加固。相關橋梁工程規范對常見橋梁處于最佳工作性能時的校驗系數作了驗證總結，具體內容如表2所示。

表2 常見橋梁校驗系數

該橋梁工程該橋為連續梁橋，依據有關規定應選擇第三孔跨中梁截面、3#墩支點處梁截面和第四孔距4#墩7m處梁截面共3個梁截面作為試驗截面，并計算它們的受力情況、彎矩以及撓度。針對該橋梁本次試驗采用橋梁博士V3.03版進行結構計算，建立有限元模型，測定出各截面的效驗系數如表3所示。

表3 各截面校驗系數

根據檢測結果分析，該橋梁檢驗承載能力的相關參數均在允許范圍內，說明該橋梁工程橋梁結構的工作性能良好，不影響運營使用。

3 動載試驗

動力荷載試驗可以測定橋梁結構的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性，測量需要橋梁結構的固有頻率、動撓度、動力沖擊系數和阻尼值等參數，通過這些參數了解橋梁結構在動荷載作用下的工作性能，判斷和評價橋梁結構的承載能力和使用條件，以此推測病害對橋梁的影響。結合靜載試驗結果，可以對橋梁的工程質量和工作性能做出更加科學可靠的評價。依據測試目的的不同，橋梁動力荷載試驗可以有脈動試驗、跳車試驗(沖擊試驗)、跑車試驗等方式。

3.1 脈動試驗

脈動試驗是指利用橋梁所處環境，如風、地面微振等環境因素的作用使橋梁發生微小振動，這種情況下橋梁的振動頻率可以最大程度接近其固有頻率，從而可以通過脈動測試確定橋梁結構的固有頻率。

3.2 跳車試驗

跳車試驗是指使試驗車輛的后輪從三角墊塊上突然下落時對橋梁產生沖擊作用，激起橋梁的豎向振動，然后測量此時橋跨結構的衰減振動阻尼值和沖擊系數，用以分析橋梁結構的振動性質。

3.3 跑車試驗

跑車試驗是指使試驗車輛以不同的行駛速度(如40km/h、60km/h、80km/h)通過橋梁，使橋梁產生不同程度的強迫振動，以測量橋梁的阻尼值等參數。

3.4 動載試驗結果分析

該橋梁工程檢測采用跑車實驗方式，采用10t重車以不同車速，經過橋跨及在跨中制動、跳車情況下動應變(應力)進行觀測。實驗步驟:(1)在試跨中布置拾振器，通過跨中測點脈動時程曲線的自功率譜求得試驗跨上部結構的豎向基頻和阻尼比。(2)采用一輛10t試驗車分別以10km/h、30km/h的速度駛過平整橋面和有障礙橋面，記錄試驗跨跨中振幅時程信號，檢測有載狀態下橋梁強振頻率和跨中最大振幅。(3)對實驗數據進行整理得出該橋梁工程動荷載參數為:自振頻率 f=4.62Hz，阻尼比 D=0.021，對數衰減率 δ=0.153，沖擊系數(1+μ)=1.20，均在正常范圍內。

4 試驗總結

(1)根據靜載實驗檢測，該橋梁第三孔跨中梁底撓度校驗系數為0.85，第四孔最大正彎矩處梁底撓度校驗系數為0.80，第三孔跨中梁頂混凝土壓應力校驗系數為0.47。該橋梁各測試截面應力及撓度校驗系數均小于1，也在允許值之內，說明該橋梁各主要受力點、面的承載能力均能夠滿足荷載公路的設計施工要求。(2)該橋梁工程通過動載試驗的檢驗，其動荷載參數分別為自振頻率f=4.62Hz，沖擊系數(1+μ)=1.20，阻尼比 D=0.021，對數衰減率 δ=0.153。說明該橋梁工程各項動力性能指標符合規范和設計要求，可以保障通車安全。

5 結束語

綜上所述，橋梁承載能力的檢測和評定直接關系到橋梁運輸安全，且橋梁動靜荷載試驗是較為復雜和高科技手段的試驗方法，需給予高度重視，不斷積累和總結經驗。另外橋梁動靜荷載試驗在實際橋梁的檢測評估中結果可靠正確，可以快速有效地評估橋梁的承載能力，確保橋梁工程的整體質量與運營安全。

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