談動載試驗在高速公路橋梁檢測中的應(yīng)用

■武秉亞，王曉早 ■安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司，安徽 合肥 230601

高速公路在我國現(xiàn)代化進程中起到非常重要的作用，是國家飛速發(fā)展的橋梁，高速公路的飛速發(fā)展從另一方面反映了我國綜合國力的提升。近些年來，我國的高速公路事業(yè)取得了顯著的成就，橋梁作為高速公路的重要組成部分具有舉足輕重的作用。大量的高速公路的建成運營，對于早期投入運營的橋梁會或多或少的出現(xiàn)一些破損現(xiàn)象，這對于橋梁的整體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生潛在的危害，因此，對于橋梁的檢測維修與養(yǎng)護顯得異常重要。本文主要根據(jù)某高速公路的具體試驗，進行橋梁動載試驗，并簡述動載試驗在橋梁中的應(yīng)用的具體方法。

1 動載實驗概述

在進行高速公路橋梁的承載能力評定過程中，荷載試驗是最為普遍的檢測評定方法，他對于橋梁的整體受力性能和公路橋梁的運營承載力能準確客觀的反映。如果對于橋梁的承載能力運營情況不明確，一般都對于高速公路橋梁的的安全性的檢測研究一般需進行荷載試驗。動載試驗是荷載試驗的一種形式。在公路橋梁荷載試驗檢測中，包括靜載試驗和動載試驗。其中，靜載試驗是對高速公路橋梁進行靜力荷載，然后對高速公路橋梁進行結(jié)構(gòu)的檢測，得以掌握高速公路橋梁應(yīng)變和撓度在進行荷載試驗下產(chǎn)生的變化，得出結(jié)論。在進行實際檢測數(shù)據(jù)時與高速公路橋梁的理論的數(shù)據(jù)進行比較，校驗的應(yīng)力校驗系數(shù)和撓度校驗系數(shù)作為可參考與衡量的數(shù)據(jù)與標準，從而對高速公路橋梁的實際運行能力和承載能力進行準確的評估。在進行高速公里橋梁承載力進行評定過程中，必須要選取科學(xué)的理論與準確的方法進行計算。對于公路橋梁結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的現(xiàn)象，進行試驗的技術(shù)人員就有必要建立有限元模型。有限元模型主要是依據(jù)公路橋梁施工設(shè)計圖紙和實際的測量數(shù)據(jù)進行及時準確的修改，使復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)得以準確清晰的體現(xiàn)。在進行修改過程中，可以運用動載試驗檢測結(jié)果對有限元模型進行修改，其中修改的內(nèi)容主要是有限元模型的幾何參數(shù)以及物理學(xué)參數(shù)，以保證荷載試驗結(jié)果與有限元模型在數(shù)據(jù)及結(jié)果上保持動力特性相一致。

2 工程概況

本文選取的試驗橋梁為某高速公路主線上跨橋，試驗段為該橋第二聯(lián)，其上部結(jié)構(gòu)為52.995m+52.995m，采用連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，下部采用柱式橋墩接承臺樁基礎(chǔ)。橋面布置為:0.5m(護欄)+9.5m(行車道)+0.5m(護欄)，全寬10.5m。該橋鋼箱梁于2012 年5 月份檢測發(fā)現(xiàn)內(nèi)部出現(xiàn)大量焊縫開裂，并于2012 年6 月進行了焊縫補焊修復(fù)，本次動載試驗對修復(fù)后的鋼箱梁進行檢測。

3 動載試驗

3.1 動載試驗測試內(nèi)容

(1)行車動力響應(yīng)試驗。a.跑車試驗:選取一輛360KN 重車分別采用不同的時速(10km/h，20km/h，30km/h，40km/h，50km/h)，在橋面中心處進行勻速行駛，當車在橋上時為車橋聯(lián)合震動，當車跨出橋后為自由衰減震動，在此期間，進行橋梁跨體的豎向動力響應(yīng)的測試及其動態(tài)增大效應(yīng)。b.跳車試驗:本實例采用360KN 的重車進行跳車試驗，在跨中截面車輛后軸位置設(shè)置一塊長為50 厘米，高為10 厘米的三角墊塊，斜邊朝向汽車。汽車勻速通過三角墊塊后，立即停止。模擬橋面鋪裝局部損傷狀態(tài)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時運行車輛荷載作用下的動力反應(yīng)。c.剎車試驗:選取一輛360KN 的重車以每小時20 千米的時速在橋面中心進行勻速行駛，在試驗截面的位置進行緊急剎車，使橋梁產(chǎn)生水平振動，并以此為數(shù)據(jù)進行橋梁的震動相應(yīng)測試。

(2)脈動試驗。公路橋梁橋面上，在沒有汽車或者其他環(huán)境因素對橋梁產(chǎn)生干擾的情況下，通過高靈敏度動力測試實驗系統(tǒng)對橋梁進行由風(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機荷載機振引起小微振動的測試實驗，測試橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型和阻尼比等橋梁動力特性參數(shù)。

3.2 測試截面和測點布置

本測試運用的是有限元模型程序，運用有限元程序可以對橋梁進行動力分析，從而在理論上得出振型和自振頻率。行車動力響應(yīng)試驗斷面選擇在橋梁第二聯(lián)第一跨跨中，觀測點布設(shè)在地板中心位置，如圖1 所示。脈動試驗測試斷面選擇在橋跨的八等分點以及橋墩上，傳感器布設(shè)在距護欄100mm 的位置上。測試斷面上測點布置如圖2 所示。

圖1 行車動力響應(yīng)觀點布置圖(單位:cm)

圖2 脈動試驗測點布置圖(單位:cm)

4 動載試驗結(jié)果及分析

4.1 行車動力響應(yīng)試驗結(jié)果

試驗跨在40km/h 勻速行駛的車輛作用下，觀測點的豎向動態(tài)位移值最大，其豎向動撓度曲線圖如圖3 所示。

圖3 動撓度曲線

沖擊系數(shù)是對橋梁的運行階段的反映，是其工作狀態(tài)的一個重要指標，沖擊系數(shù)和橋梁的線型、橋面的平整度、行駛車輛的動力性能都存在直接的對應(yīng)關(guān)系。此次檢測實測豎向動態(tài)位移值最大為28.45mm，實測沖擊系數(shù)最大值為1.0321;橋梁在車輛動態(tài)荷載作用下引起的豎向動態(tài)位移值及沖擊系數(shù)相對較小，說明橋梁自身的動力特性較好，車輛動荷載對橋梁的動態(tài)影響小。

4.2 脈動試驗結(jié)果

對脈動測試信號的測試進行分析后，得出橋梁在前兩個階段頻率及阻尼比。動力特性分析所采用的軟件為MIDAS/CIVIL，橋面的鋪裝在不考慮對結(jié)構(gòu)鋼度的影響下分配到各節(jié)點上。

表1 實測頻率及阻尼比表

模態(tài)試驗結(jié)果表明，橋梁各階豎彎模態(tài)實測振型與理論振型非常吻合，說明測試結(jié)果良好、可信。自振頻率實測值均大于理論值，這說明該橋整體剛度較好，有較強的抗沖擊性能，即結(jié)構(gòu)動力特性能夠滿足設(shè)計要求。

4.3 動載試驗結(jié)果分析

根據(jù)橋梁的動荷載試驗的實際測量頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)的研究，并結(jié)合動力響應(yīng)的分析，現(xiàn)得出以下結(jié)論。

(1)本次進行試驗的橋梁架構(gòu)的豎向頻率的實際測量值和理論計算值兩者具有較好的吻合性，一階、二階的頻率的實際測量結(jié)果大于理論計算數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計的剛度滿足設(shè)計要求，符合規(guī)定。脈動試驗得出試驗跨橋梁結(jié)構(gòu)的一、二階振型與理論分析振型吻合。

(2)在進行跑、跳車的及剎車的載荷試驗中，其結(jié)構(gòu)的各部位均運行正常，沖擊系數(shù)實測值較小，表明橋梁的動力性能處于優(yōu)良狀態(tài)。

5 結(jié)束語

隨著我國的不斷發(fā)展，我國公路橋梁事業(yè)取得了長足的發(fā)展，該事業(yè)的不斷發(fā)展為我國的經(jīng)濟健康發(fā)展提供了比較便利的條件，對我國建筑方面的成功發(fā)展提供方向。為橋梁的驗收工作提供了極大的便利。公路橋梁工程中的荷載實驗為一項比較復(fù)雜、細致的工作，并且該種試驗具有較高的技術(shù)含量，其涉及面也較為廣泛。橋梁的動載試驗在進行實際試驗中，其操作的時間較短，陳本較低，方法邊界等諸多優(yōu)點，在近些年的橋梁檢測評估等試驗中進行廣泛的推廣應(yīng)用。雖然我國目前的動載試驗在進行實際操作中存在一定的局限性，但是我國公路各方面的制度的不斷發(fā)展，其發(fā)展前景比較受到廣泛的關(guān)注。

［1］劉星興.荷載試驗在公路橋梁檢測中的應(yīng)用探析［J］.黑龍江交通科技，2015，01∶167.

［2］畢碩松.單梁動靜載試驗快速檢測技術(shù)研究［D］.長安大學(xué)，2013.

［3］邵轉(zhuǎn)吉.橋梁檢測與加固方案經(jīng)濟分析研究［D］.蘭州理工大學(xué)，2012.

［4］劉自明.橋梁工程檢測手冊(第二版)［D］.人民交通出版社，2010.