橋梁實驗新方法研究

摘要：橋梁荷載試驗是新橋驗收、舊橋維護改造進行的一種試驗方法，是檢驗橋梁實際運行狀況，保障橋梁安全的重要手段之一。本文首先分析了橋梁荷載試驗存在的局限性，并針對橋梁荷載試驗需要全橋中斷交通，而這在實際操作中會帶來很大不便這一問題，提出了無需中斷交通就可進行的橋梁試驗新方法。

關鍵詞：荷載試驗;中斷交通;靜載試驗;動載試驗;振動信號

隨著我國國民經濟的快速發展，橋梁建設取得了長足進步。橋梁作為公路交通運輸的咽喉要道，關系到社會和地區經濟協調發展，其重要性得到社會日益廣泛的關注。但目前大量現役橋梁結構的性能逐步發生了退化，一方面由于受到環境因素、靜載與動載反復作用的影響，導致結構的強度和剛度逐漸降低，結構的性能逐步劣化，這些結構損傷的積累勢必會危及橋梁的安全使用;另一方面為適應交通運輸量的增長，橋梁設計規范也在不斷的完善和發展，使許多20世紀60年代建成的現役橋梁由于當時車輛設計荷載等級偏低，而面臨著嚴重超負荷運營問題，加之部分橋梁建筑材料存在先天缺陷，在環境因素的影響下、在長期使用過程中，缺乏及時到位的管理養護，使大部分橋梁功能下降或損傷積累問題越來越嚴重，導致橋梁結構本身存在著安全隱患。目前，橋梁工程界已普遍認識到通過橋梁的荷載試驗對現役橋梁結構安全狀態進行檢測的重要性。

一、傳統的橋梁荷載試驗及存在的問題

根據對橋梁加載形式的不同，橋梁荷載試驗可以分為靜荷載試驗和動荷載試驗。動載實驗相對于靜載實驗要復雜的多，需要綜合運用系統識別、微弱信號檢測、相關分析、振動測試等技術，但是所得結果能夠比靜載測試更全面更準確的反應橋梁整體的工作性能和安全狀況。經過長時間的實踐探索，橋梁荷載試驗技術已經得到很大的發展，試驗方法也逐漸成熟并形成了相關的行業規范。雖然荷載試驗可以反應出橋梁的運行狀況，及時發現橋梁存在的隱患，保障橋梁的安全使用，但是隨著橋梁荷載試驗的大量使用，荷載試驗存在的問題與局限性也逐漸突出，主要包括以下幾個方面：

1.傳統的荷載試驗方法主要用于新建橋梁的驗收，多以靜載實驗為主。對橋梁施加靜載荷，通過將橋梁在靜載荷作用下的應變與理論計算得到的應變相對比，來分析橋梁的設計是否合理，施工是否符合規范，質量是否達到要求。但是這種方法只適用于新建橋梁，而對于不能獲取足夠的信息的老橋不適用。

2.傳統的載荷試驗需要很多專用加載設備，需要消耗大量的人力物力，成本很高。對于一些小型橋梁，很難承受這樣的高成本測試。

二、橋梁荷載試驗目的和任務

橋梁荷載試驗的目的

橋梁結構荷載試驗就是對橋梁結構物進行直接加載測試的一項科學試驗工作，其目的是通過荷載試驗，了解橋梁結構在試驗荷載作用下的實際工作狀態，從而判斷橋梁結構的安全承載能力及評價橋梁的營運質量。對于一些在理論上難以計算的部位，通過荷載試驗可達到直接了解其受力狀態的目的;通過荷載試驗：常常有助于發現在一般性檢查中難以發現的隱蔽病害;通過荷載試驗可以檢驗橋梁結構的設計與施工質量;通過荷載試驗可以確定舊橋結構實際的承載能力，為制定橋梁加固或改建技術方案提供依據。

橋梁荷載試驗任務

橋梁荷載試驗的任務是根據試驗的目的和要求來確定的。一般來說橋梁荷載試驗的主要任務可分為以下幾點：

1.對于重要的橋梁結構，除在設計階段即進行必要項目的試驗研究外，通常在橋梁建成竣工后，通過荷載試驗來鑒定橋梁結構的質量和營運條件，分析判斷橋梁的實際承載能力。

2.對于需改建或加固的橋梁，通過荷載試驗可進一步提供橋梁改造技術依據，尤其是對于缺少技術資料的舊橋更為重要。

3.對于新型橋梁及運用新材料、新工藝的復雜橋梁結構，通過系統的荷載試驗，可了解和掌握結構在荷載作用下的實際受力狀態，驗證結構計算圖式，并探索具有普遍意義的規律，為充實和發展橋梁結構計算理論和施工工藝積累科學資料。

三、無需中斷交通的橋梁試驗

在進行舊橋技術鑒定時，首先要對橋梁的現狀進行檢測，包括測繪橋梁的結構圖紙，實際測量橋梁主要結構件的強度，測量橋梁主體結構的形變量，以及觀察各個部件是否出現裂縫等損壞，綜合分析以上因素，力求對橋梁的工作狀況作出準確的推測。其次，要根據第一步檢查測繪得到的結果進行建模分析及結構檢算，計算出橋梁實際結構的極限抗力以及組合內力，以此判斷出當前橋梁的實際承載能力。在傳統的實驗方法中，完成了以上兩步后需要對橋梁進行靜載荷載試驗，并根據荷載試驗的結果來調整前面檢算的方法和參數，修正理論計算，以便得到盡可能準確的模型和參數，最終確定橋梁的承載能力和安全性能。

在舊橋的技術鑒定中，現狀檢測是基礎和重點，結構檢算是關鍵和核心，荷載試驗只是對結構檢算的驗證。在該標準中，把荷載試驗放在最后一步，是因為按照靜載實驗的要求，需要對橋梁施加結構檢算算出來的橋梁可承受的最大載荷，以此來驗證橋梁工作的可靠性和結構特性。對舊橋施加如此大的載荷無疑會增加試驗的風險，因此必須在進行完第一步的現狀檢測和第二部的結構檢算得出橋梁所能承受的極限載荷后才能進行。這樣一來，增加了舊橋檢測的成本，且仍舊很難降低檢測風險，往往會造成對舊橋的保守評價

這種的橋梁檢測方法，無需中斷交通，在橋梁正常通車的情況下，測量橋梁的載荷反應。這樣做既沒有附加風險，而且可以最真實的反應出橋梁正常工作時的情況。該方法利用隨機通過的車輛作為對橋梁的激勵源，采集橋梁結構在通過車輛激勵下的振動信號，通過對受迫振動信號的分析得出橋梁的動力特性和動力響應特性，包括橋梁的固有頻率、動應力、動位移、阻尼和動力系數等。通過將實驗結果與結構檢算結果的對比分析，可以保證結構檢算結果的正確性，對橋梁的使用情況作出準確估計，而不需要進行風險很大的極限荷載測試。

結束語

通過正確評價橋梁結構的承載狀態，既能繼續充分發揮大量已建橋梁的承載功能，節省新建改建所需的大量資金，又能鑒定和發現橋梁存在的危險隱患及時采取恰當的維修、加固技術措施，避免發生車輛和行人的安全事故。因此，通過橋梁結構的荷載試驗，對橋梁的實際承載能力進行分析、評定，并在此基礎上對整個橋梁結構的實際狀態做出評價，及時為橋梁管理、維修和加固提供科學、可靠的決策依據，保證橋梁的安全使用，具有重要的現實意義。

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