荷載試驗在公路橋梁檢測中的運用研究

郝建東

安徽省七星工程測試有限公司，安徽合肥 230088

我們常說“要致富，先修路”，意在說明交通運輸對社會經濟發展的重要支撐作用。隨著我國經濟的發展和綜合國力的提升，大規模的公路橋梁工程已經建設或正在建設，公路橋梁作為一項關系國計民生的基礎工程，其在方便人們出行和支持經濟發展的同時，也要確保其運行的安全和可靠。運營承載能力是評判公路橋梁的重要標準，也是確保公路橋梁運行安全的重要保障。因此，其運營承載能力的優劣是一個重要的問題，其需要依靠荷載試驗進行評估，科學合理的運用荷載試驗，對于保障公路橋梁的安全運營具有重要意義。

1 荷載試驗概述

作為一種重要的公路橋梁檢測方法，荷載試驗不但十分可靠，而且直觀。當公路橋梁的運行狀態不明確時，就需要運用荷載試驗對公路橋梁進行科學有效的評定與檢測，以確定公路橋梁的安全運行。通常來說，進行橋梁公路荷載試驗的方法有兩種，一種是靜載試驗，一種是動載試驗。其中，動載試驗就是為了使橋梁結構產生振動而使用某種相關的激振手段，然后檢測橋梁結構的各種相關參數，其中包括固有頻率、振型以及行車響應等，最終使橋梁的行車性能和橋梁結構的剛度得以測定。而靜載試驗則是在橋梁公路上施加靜力荷載影響，以此檢測橋梁結構指定部位的相關參數應變，其中包括靜力、位移和裂縫等，然后通過相關推測，判斷橋梁公路在此影響下的工作狀態和使用性能[1]。進行靜力荷載試驗時，應當從零開始加載，直至預定的靜力荷載。為了保證加載的順利完成，一般都要使用重力，或者其他的專業加載設備。靜力荷載試驗是應用最廣，同時也是最基礎的公路橋梁荷載試驗，這主要是由于在現實中公路橋梁結構承受的通常都是靜力荷載，其中橋梁自身的重量也包括在內，而且在設計計算階段，也往往把行駛的車輛產生的荷載也作為靜力荷載看待。對公路橋梁結構進行動力試驗之前，也應當進行靜力荷載試驗，進而測定出公路橋梁結構的相關參量。因此，對于公路橋梁結構特性的了解和掌握，靜力荷載試驗 是一種重要而且有效的途徑與方法。

2 公路橋梁檢測中荷載試驗的應用

2.1 動載試驗的應用

2.1.1 動載試驗方法

按照測試目的不同，公路橋梁動力荷載試驗一般可以分為三種，一是跳車試驗，二是跑車試驗，三是脈動試驗[2]。其中跳車試驗也可稱之為沖擊試驗，其進行試驗的方法為在汽車上加載一定的質量，然后讓汽車從15cm高度的跳板上跨過，再測量其對公路橋梁結構造成的衰減振動影響，從而使公路橋梁的性質得以較好的測定分析，并使公路橋梁的沖擊系數得以確定。所謂的跑車試驗就是測量汽車在公路橋梁上行駛時對其結構產生的強迫振動，以及測量車輛行駛后振動衰減情況。而脈動試驗的使用應當在沒有行駛的車輛和其他周期性干擾因素其情況下，橋梁在風、地面微振等作用下受到的是平穩的各態歷經寬帶隨機激勵，此時結構響應的主諧量應是其固有頻率附近的振動，這種情況下結構的固有頻率可以使用脈動試驗進行測定。

2.1.2 分析和測定動載試驗數據

通常情況下都是使用分析處理法來測定公路橋梁結構的動力特性，而分析處理法又有兩種，一種是頻域分析，一種是時域分析。頻域分析主要是指對時域信號進行相關的數字化處理，其需要通過變幻針的使用，從而判定結構頻率及其分布狀況。而時域分析則是對時程曲線進行直接分析，從而得出相關參數，其中包括振型、阻尼、沖擊系數等。在對固有頻率進行測定時，應當按照相關圖紙、時域歷程曲線以及功率譜圖等進行實體試驗[3]。同時通過對基頻進行結合，還可以計算出承受結構的動剛度。分析比較簡單的結構動力時只需要測試結構一階頻率，而分析比較復雜的結構動力時，則需要進行一階、二階甚至更高階頻率的測試。如果試驗測出來的數值小于理論值時，就表面橋梁結構具有較大的實際剛度，進而判定橋梁結構處于正常狀態。如果試驗測出來的數值大于理論計算值，則說明橋梁具有較小的結構剛度，從而容易出現開裂等問題。

進行阻尼的測定時，阻尼比和對數衰減率會對橋梁結構阻尼特性造成影響，計算阻尼可以通過使用功率譜圖里的半功率帶寬法，或者使用測試體系軟件進行分析。橋梁的阻尼通常在0.01～0.08之間，較大的橋梁阻尼說明橋梁結構具有極強的耗能。而橋梁阻尼太小會造成支座工作發生異常狀況，以及結構產生裂縫等問題。進行振型的測定時，要在橋梁結構的各個部位安裝傳感器，傳感器的安裝要使用共振法，橋梁結構在激振設備的作用下發生共振，要及時記錄橋梁結構各個部位的振幅和相位，然后依據測定的振幅和相位進行振型曲線的繪制，繪制振型曲線時使用對比法。

2.2 靜載實驗的應用

2.2.1 加載方案的制定

在進行靜載試驗之前，試驗工作人員應當向試驗橋孔、橋墩或者橋臺，據此進行加載方案的制定，并確保加載方案的科學合理性。在進行試驗孔的選擇時，應當對以下三個方面的因素進行充分考量。第一，橋孔或橋墩存在質量問題，缺陷較多，常常發生病害問題。第二，橋孔或橋墩進行受力計算時十分不利。第三，在進行加載時橋孔或橋墩能夠方便的搭設腳手架以及設置測點。試驗孔和試驗墩選擇是否科學合理，不但直接影響著試驗工作能否順利開展，而且對結構性能測算的準確性造成很大影響，因此，在進行試驗孔和試驗墩的選擇時，必須選派經驗豐富的試驗人員進行施工，這是進行靜載試驗十分重要的一步。

2.2.2 加載與觀測

首先，確定觀測項目。橋梁結構的最大撓度、壓應力狀況、拉力和裂縫都是橋梁觀測的主要項目。橋梁受荷載影響，可以分為兩種變形，一種是總體變形，其是橋梁總體結構狀況的反映。另一種是局部變形，其是橋梁結構局部狀況的反映。對試驗要求的滿足是測量部位的選擇和測點布置的前提，測點數量要合適，測點位置要有很強的代表性，以此滿足計算分析的需要。

其次，選擇實驗儀器與觀測方法。與接觸式測量不同，光學測量的常用儀器有經緯儀、精密水準儀和全站儀等。有兩種測量方法可以進行位移的測量，即電測法接觸式測量和機械測量，撓度計、百分表和位移傳感器是其常用的測量儀器。此外，應變測量也有兩種形式的劃分，一種是不知道主應力方向的，也就是在測試點進行三個方向的應變花的設置，應變片、鋼筋應力計為主要的測量儀器。另一種是已知主應力方向，應變片的設置要沿著主應力方向。測量裂縫一般是進行目測，同時使用刻度放大鏡進行輔助。

最后，進行分析總結。一般都是從理論探索的方向來分析和整理靜載試驗數據，在對橋梁結構靜載試驗進行估算時，常用的指標一般有兩種，一種是比較分析規定的允許值和檢測的實際值，據此解釋橋梁結構的狀況。另一種是對比分析理論計算值和測點實際值，以此對橋梁結構的性能進行判定。

3 結語

在公路橋梁檢測中，荷載試驗是一種十分重要且有效的方法，其在評估公路橋梁結構承載力方面發揮著巨大作用。而荷載試驗工作本身比較復雜，試驗結果的準確性直接影響著對公路橋梁性能的判定。因此，要求荷載試驗人員不但要有扎實的理論知識基礎，還要有豐富的現場施工經驗，以此才能為公路橋梁的檢測提供可靠的評估依據。

[1] 趙寅濤，曹金滸. 橋梁技術狀態評估中荷載試驗檢測技術的應用[J]. 黑龍江交通科技，2017（7） .

[2] 馬超，孫韋. 評述橋梁荷載試驗的步驟及要點[J]. 公路交通科技（應用技術版），2013（7） .

[3] 彭虹，韓超. 工程項目組織管理研究——以連續鋼構大橋荷載試驗為例[J]. 四川建材，2013（6） .