橋梁靜載試驗加載方案研究綜述

摘 要：本文通過對橋梁靜載試驗車輛加載方案概況的了解，對現今出現的加載方案進行了綜合的分析與評價。事實表明，橋梁靜載試驗加載方案仍處于半手工、半自動化的加載階段。

關鍵詞：橋梁；靜載試驗；加載方案

1 引言

眾所周知，橋梁在建造和使用過程中，橋梁的使用壽命，安全承載能力等一些相關問題一直是關注的焦點。每年由于橋梁質量問題，導致的橋梁垮塌事件數不勝數。對于橋梁承載力的安全監控，我們離不開橋梁荷載試驗，必須通過橋梁靜載試驗來檢測其承載力是否滿足安全的使用要求。試驗方法主要是通過車輛布載來尋求滿足控制截面的效率指標。隨著社會的發展，針對橋梁靜載試驗的加載方案出現了不少的研究。

2 加載方案研究現狀

傳統的橋梁靜載試驗加載方案的主要方法是：首先采用有限元分析程序（如橋梁博士、MIDAS和ANSYS等）來計算橋梁結構指定截面的內力影響線，并根據設計標準（控制荷載）計算活載設計效應，然后采用手工試算的方式確定各個截面加載的車輛布置情況。

在手工試算確定車輛布置時，為了使其控制截面加載效率滿足規范規定的加載效率的要求，且能保證非控制截面加載效率不超限的安全要求，需要反復調整各個車輛之間的行駛方向間距、車輛的間距、車輛在不同車道上的分布情況等信息。但是，這種手動布置方法還是不可避免的會出現橋梁其它部位的內力或應力超過設計效應的情況，需要不斷反復調整車輛布載，存在工作量大、效率低的問題。

張宇峰[1]針對常規荷載試驗法費時費力、代價高昂、對正常交通運營干擾嚴重的問題，提出了針對梁式橋梁、基于影響線對比分析和模型校準技術的準靜態荷載試驗方法。該方法主要方法思路為：（1）針對梁式橋梁開展準靜態荷載試驗，實測得到各測點應力影響線；（2）利用應力影響線進行模型校準；（3）在此校準前后模型上分別施加傳統靜載試驗的試驗荷載，以校準后模型施加靜載試驗荷載的計算值與校準前計算值的比值來表征結構校驗系數；（4）換算得到的檢算系數；（5）采用與傳統靜載試驗相同的方法對橋梁承載能力做出評價。

郭愛平[2]結合橋梁荷載試驗的特點，運用結構力學、橋梁結構、高等數學理論和AUTOCAD工具開發了一套橋梁荷載試驗靜動力分析系統。該系統可以計算恒載內力、活載內力以及內力影響線，恒載位移、活載位移以及位移影響線，省去了人工繁瑣的計算過程；同時還具有設計和驗算荷載、試驗工況設計的性能；生成DXF文件格式的結構離散圖、結構內力圖、內力影響線圖、位移影響線圖、結構位移圖等圖形的性能。該軟件實現了半手工自動化布載的功能，其實現思路為：通過動態規劃法，在控制影響線上進行最不利布載，以此最不利荷載效應進行試驗車輛的自動布載，然后參照自動布載的結果，用鼠標拖動試驗車輛進行手工布載；在進行上述計算的同時，程序自動計算其他影響線的相應響應值。

石永燕[3]針對橋梁靜荷載試驗中試驗規范推薦的傳統分級加載方法不能確保在分級加載過程中橋梁結構中的各個非控制截面同時安全、不超限這一問題，通過將荷載試驗車輛加載位置比擬成廣義點，使得車輛加載的動過程的安全性問題轉化為計算加載安全域的邊界問題，使得計算工作量大大減少，同時安全域邊界得出后，也就容易得出車輛實際的加載路徑。在理論上和算法上解決了橋梁靜荷載試驗加載動過程中的安全性問題。石永燕在文獻中根據連續函數的性質證明了車輛布載方程根的存在性，提出了指定效率時的快速布載方法，討論了加載安全性問題，最后實現了荷載實驗車輛自動快速布載系統。

王凌波[4]為改善目前大跨橋梁荷載試驗方案設計中車輛布置復雜、加載工況繁多等難點與不足，設計了荷載試驗方案全自動車輛布置算法，并利用EXCEL VBA語言二次開發編制了車輛布載程序。該算法在滿足加載效率、保證所有加載工況安全的前提下，可以最大限度的合并工況并自動生成試驗車輛布置CAD 圖。

3 研究發展方向

傳統的橋梁靜載試驗加載方案中，采用手工試算方法布置加載車輛，不僅具有工作量大、工作效率低和試驗效率低、試驗成本花費高的缺點，而且對加載時有可能造成其它截面效率超標的潛在危險，甚至有可能造成重大的結構安全事故。

隨著科技的進步，計算機網絡技術的不斷發展，橋梁工程與計算機的結合是橋梁工程快速發展的一個重要因素。傳統的加載方法越來越不能為人們所接受。橋梁靜荷載加載方案不斷向電算化，自動化方向研究開發。橋梁靜載試驗的加載方案的電算化，在目前的有限元分析理論和計算機硬件水平背景下還是可以高效地實現。這對于提高橋梁荷載試驗的可靠度與試驗效率，具有重要的實際應用價值。

4 結束語

從多年來的研究成果、發展方向，我們可以看出，靜載試驗加載方案研究幾十年來取得了不少進步，不斷與計算機計算相結合，雖然，還沒達到全自動加載的技術，但與傳統加載方案比起來，還是有了很大的改善，一定程度上提高了試驗效率，節約了一定的實驗成本。目前，加載方案還處于半手工半自動化的加載階段，隨著技術的成熟未來的研究會向著全自能加載方向發展的。

參考文獻

[1]張宇峰，段鴻杰，馬國志.基于準靜態荷載試驗的梁式橋梁狀態快速評定[J].現代交通技術，2008，6（5）.

[2]郭愛平，賴敏芝.橋梁荷載試驗靜動力分析系統[J].中外公路，2004，24（5）.

[3]石永燕，王云莉.靜載試驗車輛自動加載算法及系統[J].公路交通技術，2003（6）.

[4]王凌波，賀拴海，蔣培文，等.大跨徑橋梁荷載試驗加載方案算法設計[J].武漢理工大學學報，2011，33（2）.

作者簡介：楊美云（1988-），女，廣西河池，研究生，碩士，主要從事橋梁動力方面的研究。

通訊作者：楊美云，女，重慶交通大學研究生，碩士。