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(guān)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(jīng)濟的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)取得了長足進步。橋梁作為公路交通運輸?shù)难屎硪?，關(guān)系到社會和地區(qū)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，其重要性得到社會日益廣泛的關(guān)注。但目前大量現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)的性能逐步發(fā)生了退化，一方面由于受到環(huán)境因素、靜載與動載反復(fù)作用的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強度和剛度逐漸降低，結(jié)構(gòu)的性能逐步劣化，這些結(jié)構(gòu)損傷的積累勢必會危及橋梁的安全使用;另一方面為適應(yīng)交通運輸量的增長，橋梁設(shè)計規(guī)范也在不斷的完善和發(fā)展，使許多20世紀60年代建成的現(xiàn)役橋梁由于當(dāng)時車輛設(shè)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(huán)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(yǎng)護，使大部分橋梁功能下降或損傷積累問題越來越嚴重，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)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(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進行檢測的重要性。

一、傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗及存在的問題

根據(jù)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(fù)雜的多，需要綜合運用系統(tǒng)識別、微弱信號檢測、相關(guān)分析、振動測試等技術(shù)，但是所得結(jié)果能夠比靜載測試更全面更準確的反應(yīng)橋梁整體的工作性能和安全狀況。經(jīng)過長時間的實踐探索，橋梁荷載試驗技術(shù)已經(jīng)得到很大的發(fā)展，試驗方法也逐漸成熟并形成了相關(guān)的行業(yè)規(guī)范。雖然荷載試驗可以反應(yīng)出橋梁的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(yīng)變與理論計算得到的應(yīng)變相對比，來分析橋梁的設(shè)計是否合理，施工是否符合規(guī)范，質(zhì)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(tǒng)的載荷試驗需要很多專用加載設(shè)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?zāi)康暮腿蝿?wù)

橋梁荷載試驗的目的

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗就是對橋梁結(jié)構(gòu)物進行直接加載測試的一項科學(xué)試驗工作，其目的是通過荷載試驗，了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下的實際工作狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力及評價橋梁的營運質(zhì)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(tài)的目的;通過荷載試驗：常常有助于發(fā)現(xiàn)在一般性檢查中難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽病害;通過荷載試驗可以檢驗橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工質(zhì)量;通過荷載試驗可以確定舊橋結(jié)構(gòu)實際的承載能力，為制定橋梁加固或改建技術(shù)方案提供依據(jù)。

橋梁荷載試驗任務(wù)

橋梁荷載試驗的任務(wù)是根據(jù)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(wù)可分為以下幾點：

1.對于重要的橋梁結(jié)構(gòu)，除在設(shè)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(jié)構(gòu)的質(zhì)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(shù)依據(jù)，尤其是對于缺少技術(shù)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(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)，通過系統(tǒng)的荷載試驗，可了解和掌握結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實際受力狀態(tài)，驗證結(jié)構(gòu)計算圖式，并探索具有普遍意義的規(guī)律，為充實和發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)計算理論和施工工藝積累科學(xué)資料。

三、無需中斷交通的橋梁試驗

在進行舊橋技術(shù)鑒定時，首先要對橋梁的現(xiàn)狀進行檢測，包括測繪橋梁的結(jié)構(gòu)圖紙，實際測量橋梁主要結(jié)構(gòu)件的強度，測量橋梁主體結(jié)構(gòu)的形變量，以及觀察各個部件是否出現(xiàn)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(jù)第一步檢查測繪得到的結(jié)果進行建模分析及結(jié)構(gòu)檢算，計算出橋梁實際結(jié)構(gòu)的極限抗力以及組合內(nèi)力，以此判斷出當(dāng)前橋梁的實際承載能力。在傳統(tǒng)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(jù)荷載試驗的結(jié)果來調(diào)整前面檢算的方法和參數(shù)，修正理論計算，以便得到盡可能準確的模型和參數(shù)，最終確定橋梁的承載能力和安全性能。

在舊橋的技術(shù)鑒定中，現(xiàn)狀檢測是基礎(chǔ)和重點，結(jié)構(gòu)檢算是關(guān)鍵和核心，荷載試驗只是對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)特性。對舊橋施加如此大的載荷無疑會增加試驗的風(fēng)險，因此必須在進行完第一步的現(xiàn)狀檢測和第二部的結(jié)構(gòu)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(fēng)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(yīng)。這樣做既沒有附加風(fēng)險，而且可以最真實的反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)特性，包括橋梁的固有頻率、動應(yīng)力、動位移、阻尼和動力系數(shù)等。通過將實驗結(jié)果與結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果的對比分析，可以保證結(jié)構(gòu)檢算結(jié)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(fēng)險很大的極限荷載測試。

結(jié)束語

通過正確評價橋梁結(jié)構(gòu)的承載狀態(tài)，既能繼續(xù)充分發(fā)揮大量已建橋梁的承載功能，節(jié)省新建改建所需的大量資金，又能鑒定和發(fā)現(xiàn)橋梁存在的危險隱患及時采取恰當(dāng)?shù)木S修、加固技術(shù)措施，避免發(fā)生車輛和行人的安全事故。因此，通過橋梁結(jié)構(gòu)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(chǔ)上對整個橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)做出評價，及時為橋梁管理、維修和加固提供科學(xué)、可靠的決策依據(jù)，保證橋梁的安全使用，具有重要的現(xiàn)實意義。

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