靜動載試驗在橋梁檢測中的分析應(yīng)用

王君紅

摘要：在橋梁檢驗中，荷載試驗可以有效地檢測橋梁的使用情況，本文介紹了在橋梁檢測中荷載試驗的重要性，分析了荷載試驗的主要內(nèi)容，并從實踐角度出發(fā)，通過實例分析了荷載試驗的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：靜動載試驗;橋梁檢測;應(yīng)用

已運營橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量必須得到高度重視，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運營，應(yīng)了解該橋目前的承載能力、技術(shù)狀況以及使用情況。通過外觀檢查、荷載試驗及相關(guān)分析，給予橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定，以便全面掌握橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)行運營安全情況。橋梁檢測最主要的方法是橋梁荷載試驗，通過橋梁荷載試驗可以了解橋跨結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及工作特性，驗證設(shè)計理論，確定結(jié)構(gòu)安全度，為全橋交驗提供可靠依據(jù)，同時也為今后同類型橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展積累經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。

1荷載試驗的類別及重要性

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，各種橋梁數(shù)量大幅增長，橋梁的安全檢測凸顯的越加重要，進(jìn)行靜動載試驗，可以有效地檢測橋梁的實際運營狀況，計算橋梁的使用壽命，為未來橋梁病害的預(yù)防及加固提供科學(xué)可靠的依據(jù)。橋梁的荷載試驗主要包括：橋跨結(jié)構(gòu)靜載試驗、橋跨結(jié)構(gòu)動載試驗。

2荷載試驗的主要內(nèi)容

2.1靜載試驗

橋梁靜載試驗是指將靜止的荷載作用于橋面上的指定位置，測試結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、靜應(yīng)力以及靜位移等，推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實際工作狀態(tài)與設(shè)計期望值是否相符，它是檢驗橋梁性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的辦法。

為了較為客觀地反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能，靜載試驗采用現(xiàn)場試驗方式。在試驗之前應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的理論分析，制定周密的實施方案。理論計算結(jié)果亦可以作為衡量現(xiàn)場試驗結(jié)果的理論依據(jù)。

2.2動載試驗

橋梁動載試驗是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車輛動力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動特性。這些測試結(jié)果數(shù)據(jù)是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運營狀況和承載能力的重要指標(biāo)。橋跨結(jié)構(gòu)某振型的振動周期與結(jié)構(gòu)的剛度有著確定的對應(yīng)關(guān)系，因而可以通過振動頻率判斷橋梁結(jié)構(gòu)的剛度。

①測定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，包括自振頻率、各階振型及阻尼比;

②橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的試驗測定，主要是測定結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的響應(yīng)，即結(jié)構(gòu)在動荷載作用下強(qiáng)迫振動的特性，包括動位移、動應(yīng)變、動力系數(shù)等。

3靜載試驗應(yīng)用實例

某黃河大橋是一座現(xiàn)代化斜拉式吊橋，索塔為倒H型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該橋有限元計算模型如圖所示：

為了滿足鑒定橋梁承載力的要求，試驗工況的選擇需反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)。在進(jìn)行各荷載工況布置時，可參照截面內(nèi)力（或應(yīng)力、變形）影響線（或影響面）進(jìn)行。

3.1靜載試驗

根據(jù)控制截面的內(nèi)力影響線，試驗擬采用總重350kN加載車進(jìn)行等效加載。

①測試截面選擇：首先采用模型進(jìn)行數(shù)值模型分析，根據(jù)內(nèi)力（撓度）包絡(luò)圖和設(shè)計荷載確定控制截面，然后根據(jù)控制截面確定測試截面。得出對本橋影響最大的力學(xué)指標(biāo)主要為最大正彎矩截面、最大撓度截面、塔頂最大彎矩截面、塔頂最大水平位移，計算所得彎矩包絡(luò)圖及撓度值;②測點布置：根據(jù)受檢橋跨主體結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點和結(jié)構(gòu)受力特性，測試位置、測點截面應(yīng)具有典型性和代表性，并能保證有效性、經(jīng)濟(jì)性和符合現(xiàn)場實際情況。

依據(jù)以上測試斷面的彎矩影響，確定出荷載工況，按各工況進(jìn)行具體加載，測試各截面應(yīng)變及撓度。

3.2索力測量

本項目擬采用JMM-268索力動測儀在采集弦（索）的多諧振動曲線后通過頻譜分析求取纜索張力。用頻譜法測定纜索張拉：首先測定纜索的固有頻率，再根據(jù)兩端拉緊的纜索其張力與頻率之間的固有關(guān)系算的張力。這是一種間接的測試方法，這種方法只要邊界條件模擬恰當(dāng)，量測精度很高，通常在1%之內(nèi)。

3.3動載試驗

①橋梁自振特性測試：本橋自振特性的測量采用脈動法。脈動試驗用于測量主橋的自振頻率、振型和阻尼比;②跑車試驗：采用一輛重車以不同的速度通過橋梁，測試跨中截面的動撓度和動應(yīng)力。汽車以不同的車速勻速行駛，通過紀(jì)錄并分析車輛過橋時控制斷面的動位移和動應(yīng)力就可以得出試驗聯(lián)的動力放大系數(shù)，并可分析出試驗聯(lián)的豎向自振基頻和阻尼比;③剎車試驗：剎車試驗是以車輛突然停止作為激振源，可以不同車速停在預(yù)定位置。剎車記錄項目與跑車試驗相同，對記錄的信號進(jìn)行頻譜分析，可以得到相應(yīng)的強(qiáng)迫振動頻率等一系列參數(shù)。

3.4結(jié)論與建議

本次試驗中試驗各工況試驗效率滿足規(guī)范要求。在靜力荷載試驗作用下，控制截面的各測試點上的應(yīng)變未出現(xiàn)異常變化情況，最大靜應(yīng)力和最大靜位移均在規(guī)定的范圍內(nèi)，實測值的變化規(guī)律和理論分析結(jié)構(gòu)基本保持一致，應(yīng)變校驗系數(shù)及變形校驗系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定。索力變化規(guī)律與竣工測試結(jié)果基本一致，結(jié)合誤差分析，索力可以滿足橋梁的正常使用。在動荷載作用下本橋動力剛度和最大動位移、動力沖擊系數(shù)滿足設(shè)計要求。通過以上結(jié)論，該橋可以繼續(xù)正常運營。

綜上所述，橋梁檢測具體方案要根據(jù)實際橋梁特點進(jìn)行制定，并根據(jù)荷載試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從本文的分析可知，研究橋梁靜動載試驗在檢測中發(fā)揮的應(yīng)用，有助于掌握目前橋梁實際的運行狀態(tài)，排除安全隱患，所以要加強(qiáng)對荷載試驗的研究分析，為更多更大型的橋梁安全保駕護(hù)航。

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