基于不中斷交通的橋梁試驗方法研究

摘要：橋梁工程是公路交通運輸?shù)闹匾M成部分，其質(zhì)量問題備受關注。在橋梁的使用過程中，受各種因素的影響，可能會出現(xiàn)相應的病害，降低結構整體的穩(wěn)定性，對此需要做好橋梁試驗，以及時發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患和問題。文章對橋梁試驗的內(nèi)容及作用進行了分析，并對比傳統(tǒng)的橋梁試驗方法對不中斷交通的新型橋梁試驗方法進行了討論。

關鍵詞：不中斷交通；橋梁試驗方法；荷載試驗；橋梁工程；公路交通運輸 文獻標識碼：A

中圖分類號：U443 文章編號：1009-2374（2016）14-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.048

經(jīng)濟的快速發(fā)展使得人們的生活水平不斷提高，汽車作為一種方便快捷的交通工具也開始進入了普通家庭中，使得公路交通運輸?shù)玫搅朔睒s，公路橋梁工程的數(shù)量也隨之不斷增加。在這種情況下，許多使用年限較長的橋梁都出現(xiàn)了各種各樣的問題和缺陷，嚴重威脅著行車安全。傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗方法需要阻斷交通，給人們的出行帶來很大的不便。對此，這里對一種基于不中斷交通的橋梁試驗方法進行了研究和討論。

1 橋梁試驗的內(nèi)容及作用

通常來講，橋梁試驗主要是指橋梁荷載試驗，具體的試驗方法是對橋梁結構施加已知的外部荷載，然后觀測在荷載作用下橋梁結構的各種反應參數(shù)，實現(xiàn)對橋梁結構工作狀態(tài)以及力學模型的把握，結合相應的理論分析，推算出橋梁的極限承載能力，評估結構安全度。橋梁荷載試驗是橋梁運營管理中一個非常重要的內(nèi)容，主要應用于以下三個方面：

1.1 橋梁驗收

在對新建橋梁進行驗收時，通過荷載試驗，可以對橋梁主體結構的承載能力以及工作性能進行檢驗，與相關標準對比后，可以評估其是否能夠滿足安全運行的要求。同時，通過對橋梁受力情況以及靜動力特性的檢測，能夠為橋梁的養(yǎng)護管理工作提供切實有效的參考依據(jù)，為后續(xù)橋梁工程設計的優(yōu)化和結構的改進等積累

經(jīng)驗。

1.2 舊橋鑒定

對既有橋梁工程進行實驗，可以及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題和隱患，確定橋梁結構的安全狀態(tài)，對其進行相應的加固處理，保證橋梁的使用安全，也可以為橋梁的限重、改建等提供依據(jù)。

1.3 安全監(jiān)測

通過橋梁荷載試驗，可以做到以下兩點：（1）能夠及時把握橋梁結構的變化；（2）可以對橋梁的狀態(tài)進行評估，對養(yǎng)護管理工作進行指導，對橋梁的安全使用壽命進行預測，減少安全事故的發(fā)生。

2 傳統(tǒng)橋梁試驗方法存在的問題

傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗方法可以根據(jù)施加的外部荷載的不同分為兩種不同的形式：（1）靜載試驗，要求對交通進行封鎖，在靜止狀態(tài)下進行加載試驗，對相應的靜力參數(shù)進行測量，了解橋梁結構在荷載下的變形情況、應力變化以及裂縫發(fā)育等，從而判斷橋梁主體的強度、剛度等。這種方法是最為常用，同時最為可靠，原理相對簡單，便于理解和接受；（2）動載試驗，同樣可以分為兩種不同的類型，一種是針對橋梁在環(huán)境因素激發(fā)下所產(chǎn)生的振動信息進行測試，對結構的自振頻率、阻尼等動力參數(shù)進行分析，另一種則是利用試驗車輛，以不同速度通過橋梁，測量其對于橋梁結構的振動激勵，進而結合得到的特征參數(shù)對橋梁結構的動力性能以及安全狀況進行評估。與靜載試驗相比，動載試驗融合了振動理論、系統(tǒng)識別、信號采集等技術，是橋梁結構性能測試的一種非常有效的方法。

不過，在實際應用中傳統(tǒng)的橋梁試驗方法也暴露出了一些不足和問題：（1）針對的多是新建橋梁工程，對于既有橋梁，傳統(tǒng)的荷載試驗方法在信息獲取方面存在著一定的不足，無法可靠地對橋梁在荷載作用下的結構狀態(tài)進行反映；（2）對于人力物力和時間成本的消耗較大，僅適用于一些大型的橋梁工程，對于占據(jù)絕大多數(shù)比例的中小型橋梁并不適用；（3）在試驗過程中，需要進行交通封鎖，給人們的出行帶來了很大的不便。

3 基于不中斷交通的橋梁試驗方法

針對傳統(tǒng)橋梁試驗方法中存在的問題，這里采用了一種不中斷交通的橋梁試驗方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對于新建橋梁工程的試驗，還能夠直接用于舊橋的檢測。在現(xiàn)行的《公路舊橋承載能力鑒定方法》中，對于舊橋的鑒定需要包括現(xiàn)狀檢查、結構驗算以及荷載試驗三個方面的內(nèi)容。其中現(xiàn)狀檢查是首要環(huán)節(jié)，同時也是至關重要的環(huán)節(jié)，結構驗算則是關鍵，荷載試驗實際上僅僅是為了進行驗證和補充。在現(xiàn)有的標準中，將荷載試驗放在了橋梁檢測的最終環(huán)節(jié)，主要是受傳統(tǒng)靜載試驗方法的影響，需要對橋梁施加理論計算的最大載荷，對橋梁的工作性能和承載能力進行驗證，在得到相應結論的同時，會增加試驗風險，因此需要先做好橋梁結構的檢查和分析，這就使得舊橋檢測的周期和經(jīng)費大大增加。

與之相比，不中斷交通的橋梁試驗能夠在保持橋梁正常通行的情況下，對橋梁結構的荷載反應進行采集，不存在附加風險，可以作為橋梁現(xiàn)狀檢查的一種補充，使得結構驗算結果更加切合實際。具體來講，試驗主要是檢測隨機通行車輛對于橋梁的振動激勵，獲取相應的振動信號，通過對信號的分析整理，能夠得到橋梁結構的動力特性及動力響應特性的一些主要參數(shù)，如阻尼、動位移、加速度、動力系數(shù)等。這里主要對橋梁隨機振動信號進行相應的功率密度分析，分析步驟如下：（1）對振動優(yōu)勢頻率的范圍進行評估，設定頻率上限為fc，然后進行相應的抗混濾波處理，去除高于fc的頻率成分；（2）對分析要求的頻率分辨率進行確定，Be=△fe；（3）確定采樣間隔，使得采樣頻率fs>2fc；（4）按照頻率分辨率，對單個分析長度進行確定，有△fe，然后對原始數(shù)據(jù)進行窗處理；（5）依照N0=Te/△關系式，對單個分析長度的采樣點數(shù)進行確定，并通過補零法，將其整理為N0+NX=2M=N，其中M為正整數(shù)；（6）將分析要求的精度確定在20%～25%的范圍內(nèi)，并結合分析精度

，決定進行平滑處理所需的分段數(shù)q，有q=1/，代入相應的數(shù)值，可以得到q的取值范圍為16～25段；（7）對能夠滿足上述所有要求的最小記錄長度進行計算，有最小記錄長度為Tmin=qTe；（8）結合FFT算法，對單邊功率譜離散值進行計算，則有，（k=0，1，2，…，N-1），對其進行窗處理，則G'k，（k=0，1，2，…，N-1），再次進行補零修正，得到G"k，（k=0，1，2，…，N-1）；（9）對得到的結果進行平滑處理后，就可以獲得單邊功率譜離散值的修正值。

這里結合具體的工程案例，對不中斷交通的橋梁試驗方法的應用效果進行分析。某橋梁工程是連接兩個城區(qū)的唯一通道，交通流量巨大，全天24h不間斷，為了減少橋梁結構檢測對于交通運輸?shù)挠绊懀捎貌恢袛嘟煌ǖ臉蛄涸囼灧椒ǎ瑢ζ鋭恿μ匦院蛣恿憫M行分析和評估。為了確保結果的準確性與可靠性，采用了專業(yè)的信號采集設備和分析系統(tǒng)，系統(tǒng)構成見表1：

選擇橋梁第3跨石拱橋以及第4、5跨混凝土肋拱橋為試驗區(qū)域，設置6個觀測截面，并在每一個截面設置相應的橫向、縱向和豎向觀測點。試驗結果顯示，結構自身并沒有明顯的連拱效應，邊跨的低頻較中跨低頻略低，振幅則遠遠高出，與現(xiàn)狀檢查中發(fā)現(xiàn)的邊跨拱肋砌縫空隙和脫落嚴重的現(xiàn)象一致，表明其剛度相對較差。石拱橋?qū)嶋H測量中，第1振型為1階面橫向彎曲振動，振動頻率為5.30Hz，第2振型為1階面豎向彎曲振動，振動頻率為6.01Hz，表明其豎向和橫向的剛度較大。綜合實驗結果，橋梁結構整體相對穩(wěn)定，能夠滿足安全使用的要求。但是由于邊跨肋拱的剛度較差，存在空隙與脫落的情況，需要及時進行加固處理。

4 結語

為了進一步提升橋梁試驗的效率，保證試驗結構的質(zhì)量，在橋路面上臨時設置了信號燈，并對系統(tǒng)進行了調(diào)平處理。與傳統(tǒng)橋梁試驗方法相比，不中斷交通的橋梁試驗方法不會影響正常的交通運輸，能夠用于橋梁的病害檢測與壽命評估，具有安全、經(jīng)濟、高效的優(yōu)點，不過還需要不斷完善，總結出更加健全的試驗方法，才能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 張輝.交通通暢情況下橋梁試驗方法分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2010，12（6）.

[2] 伍育鈞，張宇峰，張令彌，鄭崗.不中斷交通的梁式橋梁試驗與狀態(tài)評估技術[J].現(xiàn)代交通技術，2012，9（3）.

[3] 陳亞東.科學實用的橋梁檢測與評估方法研究[J].商情，2012，（1）.

[4] 連啟濱，楊瑋，馮江.不中斷交通的橋梁試驗方法初探[J].公路交通技術，2005，（S1）.

[5] 林賢坤，覃柏英，郭琴濤，張令彌.基于不中斷交通運行模態(tài)分析的模態(tài)撓度法在橋梁狀態(tài)評估中的應用[J].振動與沖擊，2013，32（14）.

作者簡介：高超（1985-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇省交通工程集團有限公司中級工程師，研究方向：道路與橋梁。

（責任編輯：小 燕）