分析公路橋梁荷載試驗檢測的方法

唐承福

(貴州省交通建設咨詢監理有限公司)

1 荷載試驗作用與分類

1.1 橋梁荷載試驗目的

一般來說，橋梁荷載試驗可以分為靜載和動載兩個試驗，兩種試驗可以相互結合，得到相對全面的數據分析。橋梁荷載試驗時對橋梁工作狀態的一種最直接的檢測手段，一般的荷載試驗的目的如下。

(1)監控施工的質量

在數以萬計的新建橋梁和某些工程施工中，必然會遇到各種各樣的問題，例如地質、水文、建筑材料和施工技術。為處理隨時可能發生的突發情況和保證建筑工程的質量，往往會有第三方全程監控。在工程竣工后，質量驗收單位還會進行荷載試驗，用來檢測橋梁結構的整體和局部之間的受力情況是否滿足設計要求，并以此作為評定工程優劣的主要參考依據。

(2)估算橋梁實際承載力

某段公路和局部橋梁中，由于風化現象和某些外部力量損傷，又因為設計的荷載偏低，超重現象嚴重等原因，因為缺乏必要的保養措施，公路橋梁的整體安全性有待考察(參見表1)，有必要重新進行荷載試驗來分析得到橋梁構件的損傷程度及實際承載能力下降的幅度，也是進行舊橋加固維修的重要根據。

表1 近六年全國危橋基本情況

(3)在橋梁建造中新技術的引用

在橋梁施工過程中，一些新工藝、新結構和新材料往往會運用其中，這些新技術尚不能直接利用理論知識來分析判斷其力學性能和其他材料的兼容性，這就需要通過荷載試驗實際確認這些材料、結構和工藝是否能達到理論和預期目的，這些荷載試驗數據也可作為這些新技術的實測數據，為更好的利用這些新技術。

2 靜載試驗

橋梁的靜載試驗是指通過靜力荷載作用下測量橋梁的各項基本指標，包括各控制面的受力大小和彎曲程度，它是檢測橋梁工作狀態最直接有效的方法之一。

2.1 荷載試驗觀測點的選定

測量點往往取外觀上有缺陷或者建造過程中質量不好的位置，一些舊橋腐蝕破損嚴重的孔或者是橋墩，尤其是承受力量最大的支撐點，表2 給出幾種常見橋型的試驗加載位置和內容。

表2 幾種主要橋型的加載試驗截面及內容

2.2 荷載加載方式和注意事項

對于靜載試驗中一個重要的原則就是不能因為這次靜載試驗而破壞橋體的結構穩定性，從而影響橋梁的安全性和今后使用狀況。所以在靜荷加載中采用的等梯度加載以防止橋體結構形成意外損傷。加載通過增加一定重量的汽車數量作為加載等級，荷載汽車逐級上升，達到計算的最大安全荷載時一次卸載，每次增加荷載車輛時，車輛的時速不應超過5 km/h，避免因為車輛震動照成橋梁結構的微小震動。每次加載完成后或者卸載后到從各個觀測點觀測記錄數據的時間各有不同，這取決于橋體結構受力變形達到穩定相對快慢，只有當橋梁結構穩定后，這個時候讀取的數據才是最有效的。

當測量點的數據趨于穩定后，得到的數據作為最后數據，這時即可進入下一個加載級別，或者進行最后的卸載。進行靜荷加載時應選取氣溫變化不大和橋體溫度基本穩定不變的時間段來實行。當最大變形點超過允許安全值時，應立即停止荷載試驗，及時卸載，以確保橋體安全。

3 動載試驗

橋梁結構動載試驗是通過測定橋梁結構在動載作用下引起的不同參數的變化，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態參數進行橋梁承載力評定。橋梁動力特性是評定橋梁承載能力狀況的重要參數。這些參數是橋體的固有參數，可以真實反映橋體的動力特性。

動載試驗通過測定橋體受迫振動和荷載突然加大時的動力學特征，來實時判斷橋體的工作狀況和最大的荷載能力。與靜載不同，動載需要不僅需要觀測位移變化，還需要掌握加速度以及振動頻率的變化，所以需要在觀測點放置加速度和振動頻率傳感器來實時了解橋體的動態變化。動載試驗可以通過做脈動試驗和強迫振動試驗來得到相關試驗數據。

3.1 脈動試驗

脈動檢測是一個長久的過程，前期需要在橋體上安裝高靈敏度的傳感器，長時間記錄橋體受自然風、水還有人為活動中引起的結構上的振動，然后進行波普分析，橋體這些輕微振動一般是由中低頻率振動所造成的，當外界振動的相位與橋體固有的振動相位相同或者接近時，橋體就會吸收外界的激勵加強自己振動幅度，相當于吸收了外界的能量。當為界的振動相位與橋體相反時，橋體就有相當一部分能量被抵消，結構的振幅就下降。通過分析環境激勵的變化對橋體的振幅影響大小，可得到橋體在該環境激勵下的振型。橋梁動載觀測點如圖1 所示。

圖1 傳感器布載點

3.2 強迫振動試驗

強迫振動試驗施加的頻率相對于脈動試驗的自然頻率更高些，通過試驗車輛進行動力測試，檢測殼體結構的繞度、扭轉、彎曲、剪力變化。強迫振動試驗可分為剎車試驗和跑車試驗。

(1)剎車試驗。

利用一輛載重一定的汽車行駛至橋體中部和四分之一處剎車，測量個觀測點的頻率和振幅變化，重復一次。

(2)跑車試驗。

采用兩輛車重一樣的汽車并排行駛在路段中央，每次以一定的速度梯度行駛，分別為10、20、30、40、50、60 km/h 測量橋體結構在不同車速下的變化值，且要多次進行平行試驗。強迫振動試驗內容

4 結 語

通過查閱這些舊橋的歷史文獻，判斷現階段的橋梁的的損壞程度是否超過預期，來結合現階段的交通荷載情況確定是否需要進行交通限流，來保證橋梁的整體安全性。

［1］宋一凡.公路橋梁荷載試驗與結構評定［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］徐仲民.公路橋梁靜力荷載試驗技術研究［J］.公路交通科技.

［3］馮瑋.荷載試驗在橋梁結構評定中的應用［J］.中國水運，第10卷第5 期.