公路橋梁荷載試驗(yàn)過(guò)程控制要點(diǎn)分析

蹇鋼

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000）

0 引言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)工程數(shù)量的不斷增加，我國(guó)公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，而一些早期建設(shè)的公路橋梁逐漸進(jìn)入老齡化階段，因此必須開(kāi)展荷載試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量檢查，進(jìn)而采用科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證早期公路橋梁的運(yùn)輸服務(wù)功能不受影響。通過(guò)荷載試驗(yàn)，可以對(duì)公路橋梁的承載能力進(jìn)行分析與檢查，這是我國(guó)現(xiàn)階段保證公路橋梁質(zhì)量，維護(hù)交通行業(yè)運(yùn)輸安全的關(guān)鍵措施與重要手段。

1 需要開(kāi)展荷載試驗(yàn)的公路橋梁

首先，需要對(duì)一些新建的大跨度公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。由于這類(lèi)公路橋梁承擔(dān)的應(yīng)力較大，且使用了全新的建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料和建筑工藝，因此有必要通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)分析其荷載能力。其次，需要對(duì)通行特種車(chē)輛的新舊公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。由于這類(lèi)公路橋梁需要承載重量大的特種車(chē)輛，為了確保公路橋梁的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，需要分析日常使用期間的最大荷載量，開(kāi)展公路橋梁荷載試驗(yàn)。再次，需要對(duì)剛剛修復(fù)、改建的舊公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。為了驗(yàn)證修復(fù)、改建后公路橋梁的效果和質(zhì)量，需要進(jìn)行驗(yàn)收和等級(jí)鑒定，分析并確認(rèn)公路橋梁的荷載能力。最后，對(duì)于年久失修，缺乏以往設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)的舊公路橋梁，為了更好地判斷其是否能承載對(duì)應(yīng)的荷載要求，也需要開(kāi)展荷載試驗(yàn)工作[1]。

2 荷載試驗(yàn)種類(lèi)

公路橋梁荷載試驗(yàn)主要分為兩種類(lèi)型，分別是靜載試驗(yàn)與動(dòng)載試驗(yàn)。

2.1 靜載試驗(yàn)

首先，靜載試驗(yàn)的主要對(duì)象是針對(duì)一些外觀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量較差，并且存在明確施工缺陷的公路橋梁。在開(kāi)展靜載試驗(yàn)的過(guò)程中，需要對(duì)不同的橋梁類(lèi)型進(jìn)行分析，以選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?。例如，?duì)于簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的橋梁，主要是檢測(cè)主梁跨中截面正彎矩、撓度或梁端斜截面剪力。對(duì)于連續(xù)梁的梁橋結(jié)構(gòu)，需要檢測(cè)截面彎矩及剪力，查看撓度是否適中。對(duì)于懸臂梁的橋梁結(jié)構(gòu)，需要檢測(cè)截面、負(fù)彎矩以及梁端剪力等，查看撓度與彎矩是否符合要求。至于目前比較常見(jiàn)的鋼架橋，則需要檢測(cè)截面以及撓度變化量等。

其次，進(jìn)行靜載試驗(yàn)之前，需要確定試驗(yàn)的荷載量。第一，要對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)中荷載最低的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

第二，根據(jù)荷載規(guī)范和實(shí)際使用情況，確定適當(dāng)?shù)暮奢d組合。常見(jiàn)的荷載包括自重荷載、活載（如車(chē)輛、行人）、溫度荷載、風(fēng)荷載等。荷載組合的確定需根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)需求，以及可能出現(xiàn)的不同工況進(jìn)行估算。

第三，為確保試驗(yàn)過(guò)程中橋梁的安全性，通常會(huì)在設(shè)計(jì)荷載的基礎(chǔ)上增設(shè)安全系數(shù)。這樣可以在試驗(yàn)過(guò)程中模擬實(shí)際使用情況下的額外荷載，確保橋梁在試驗(yàn)期間不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)或破壞[2]。

基于以上分析和計(jì)算結(jié)果，制訂具體的荷載試驗(yàn)方案，包括施加荷載的位置、大小、持續(xù)時(shí)間等。圖1為橋梁開(kāi)展靜載試驗(yàn)的示意圖。

圖1 橋梁靜載試驗(yàn)示意圖（單位：cm）

在圖1 所示的橋梁靜載試驗(yàn)過(guò)程中，分別針對(duì)不同的項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。

最后，需要分析評(píng)價(jià)靜載試驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定為校驗(yàn)系數(shù)n。通常情況下，校驗(yàn)系數(shù)n 是固定的，也就是靜載試驗(yàn)值與理論計(jì)算值的比值是基本固定的。如果n=1，說(shuō)明靜載試驗(yàn)值與理論計(jì)算值完全符合；如果n＜1，說(shuō)明公路橋梁結(jié)構(gòu)性能較好，且存在安全余量；如果n＞1，則說(shuō)明公路橋梁工作性能較差。不同的公路橋梁結(jié)構(gòu)具有不同的校驗(yàn)系數(shù)，例如，性能達(dá)標(biāo)的鋼筋混凝土板橋應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)為0.2～0.4，撓度校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)為0.2～0.5。此外，生活中較為常見(jiàn)的鋼筋混凝土梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋等公路橋梁結(jié)構(gòu)，這兩項(xiàng)數(shù)據(jù)各不相同。

2.2 動(dòng)載試驗(yàn)

為了分析公路橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，需要考慮公路橋梁的動(dòng)力特性，這是一種重要的評(píng)判方式。在實(shí)際使用過(guò)程中，車(chē)輛通行和風(fēng)力等動(dòng)力會(huì)導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生微小的振動(dòng)，抵抗振動(dòng)的能力就是動(dòng)力特性。動(dòng)載試驗(yàn)可以對(duì)橋梁的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)橋梁振動(dòng)頻率和振動(dòng)方式進(jìn)行考量，可以更加準(zhǔn)確地識(shí)別出橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的各種損傷情況。與靜載試驗(yàn)相比，動(dòng)載試驗(yàn)?zāi)芨訙?zhǔn)確地把握橋梁當(dāng)前的實(shí)際性能狀態(tài)。但是，目前的技術(shù)僅能對(duì)橋梁振動(dòng)頻率進(jìn)行檢測(cè)，難以準(zhǔn)確測(cè)量橋梁的振動(dòng)方式。

公路橋梁動(dòng)載試驗(yàn)主要分為以下三種方式：環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)、車(chē)輛沖擊試驗(yàn)和激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)[3]。

2.2.1 環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)

環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)與附近的激勵(lì)源類(lèi)別及特性之間有著緊密的聯(lián)系。不同的激勵(lì)源產(chǎn)生的頻帶范圍和頻率幅度各不相同。例如，由于車(chē)輛交通引發(fā)的振動(dòng)，幅度通常不會(huì)超過(guò)0.2m/s，頻帶范圍在80Hz 以下，而風(fēng)荷載帶來(lái)的頻帶范圍則處于10Hz 以下。不同荷載帶來(lái)的影響會(huì)隨著橋梁所處位置的不同而發(fā)生變化，與諸多影響因素緊密相連。因此，在分析過(guò)程中，可以將環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)信號(hào)簡(jiǎn)化為隨機(jī)白噪聲。這樣可以對(duì)結(jié)構(gòu)在環(huán)境隨機(jī)脈動(dòng)激勵(lì)下產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，以得到結(jié)構(gòu)的頻率、振動(dòng)類(lèi)型和阻尼大小等。這種試驗(yàn)方式無(wú)需大型設(shè)備就能夠起到檢測(cè)效果，在一些超大跨度橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)方面有重要價(jià)值。

2.2.2 車(chē)輛沖擊試驗(yàn)

車(chē)輛沖擊試驗(yàn)可按車(chē)輛激勵(lì)方式進(jìn)行劃分，分為跑車(chē)試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)和跳車(chē)試驗(yàn)。在公路橋梁運(yùn)行過(guò)程中，車(chē)輛荷載是主要荷載之一。在試驗(yàn)中模擬車(chē)輛對(duì)公路橋梁造成的各種行為影響，能夠更好地把握公路橋梁的實(shí)際承載能力和工作水平。公路橋梁的工作質(zhì)量主要取決于車(chē)輛與橋梁之間發(fā)生的反應(yīng)，彼此之間的機(jī)理相對(duì)較為復(fù)雜，通過(guò)沖擊試驗(yàn)，能夠直接呈現(xiàn)出結(jié)果，省略計(jì)算過(guò)程[4]。圖2 為某大橋車(chē)輛沖擊試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)情況。

圖2 車(chē)輛沖擊試驗(yàn)

2.2.3 激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)

激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)需要的儀器數(shù)量比較多，并且在試驗(yàn)過(guò)程中禁止車(chē)輛通行。同時(shí)，激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)需要的周期也比較長(zhǎng)，因此這一檢測(cè)方式通常應(yīng)用于新橋梁試運(yùn)行期間。激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)是通過(guò)運(yùn)作激振器引發(fā)橋梁的大幅度振動(dòng)，其檢測(cè)的參數(shù)往往較為全面，檢測(cè)精確度也比較高，使用這種方式能夠更加準(zhǔn)確地把握橋梁的動(dòng)力特征。這種檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固可起到促進(jìn)作用。

3 公路橋梁荷載試驗(yàn)控制要點(diǎn)

無(wú)論進(jìn)行靜載試驗(yàn)還是動(dòng)載試驗(yàn)，都包括三個(gè)步驟：首先要準(zhǔn)備試驗(yàn)，完成相應(yīng)的處理工作；其次是推進(jìn)試驗(yàn)；最后是進(jìn)行試驗(yàn)后期的有效控制。接下來(lái)對(duì)這三個(gè)方面展開(kāi)研究，討論試驗(yàn)要點(diǎn)。

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段控制要點(diǎn)

試驗(yàn)方案的合理性與完善程度關(guān)系到是否能展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的整體性能。此外，合適的加載工況可以極大地提升現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)效率。試驗(yàn)前需對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)圖紙、工程資料進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、環(huán)境、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行考量。確定試驗(yàn)方案后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員可根據(jù)方案對(duì)施工點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整與測(cè)試[5]。

由于荷載試驗(yàn)需要使用車(chē)輛來(lái)模擬荷載，必須提前與加載車(chē)輛進(jìn)行聯(lián)系，避免影響試驗(yàn)的順利開(kāi)展。若公路橋梁的交通流量較大，需與當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T(mén)及時(shí)溝通，制訂導(dǎo)行方案，避免造成嚴(yán)重?fù)矶?。若在夜晚或溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行荷載試驗(yàn)，需準(zhǔn)備照明設(shè)備與保溫設(shè)備，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。此外，試驗(yàn)過(guò)程中需對(duì)使用的所有設(shè)備進(jìn)行連接與測(cè)試，以確保設(shè)備狀態(tài)良好且電源充足，可隨時(shí)投入使用[6]。

在荷載試驗(yàn)正式開(kāi)始前，需結(jié)合安全施工基本要求，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與完善，確保準(zhǔn)備工作的全面性和完善性。針對(duì)突發(fā)情況，需積極分析，制訂合理的工作模式與方案，這對(duì)試驗(yàn)的順利開(kāi)展具有重要意義。

3.2 試驗(yàn)測(cè)試階段控制要點(diǎn)

完成試驗(yàn)準(zhǔn)備工作后，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)節(jié)。在現(xiàn)場(chǎng)指揮過(guò)程中，涉及眾多工作人員及不同工種，因此需保證人員間的及時(shí)溝通與協(xié)調(diào)，服從統(tǒng)籌安排。試驗(yàn)期間，合理的指揮與分工對(duì)提高工作效率至關(guān)重要。尤其在大跨度橋梁檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，明確各自的任務(wù)能保證工作順利進(jìn)行。

試驗(yàn)過(guò)程中，需按照試驗(yàn)環(huán)節(jié)的重要工作內(nèi)容，將不同工作環(huán)節(jié)的責(zé)任劃分給不同的工作人員。現(xiàn)場(chǎng)工作人員要充分交流、及時(shí)溝通，了解自己承擔(dān)的項(xiàng)目及任務(wù)。這樣可以更輕松地開(kāi)展試驗(yàn)，處理各項(xiàng)工作方案，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，完成理論數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，對(duì)異常數(shù)據(jù)或情況及時(shí)做出判斷與調(diào)整，提升檢測(cè)效率。此外，現(xiàn)場(chǎng)工作人員還要對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)記錄，以保證數(shù)據(jù)的完整性[7]。

3.3 試驗(yàn)后期控制要點(diǎn)

完成檢測(cè)任務(wù)后，荷載試驗(yàn)工作尚未結(jié)束，需對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分析，出具荷載試驗(yàn)報(bào)告，得出科學(xué)完善的公路橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)論。這一過(guò)程中，工作人員需充分檢查數(shù)據(jù)是否合理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，以便得出最客觀的數(shù)據(jù)報(bào)告內(nèi)容，對(duì)橋梁的性能進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，這對(duì)公路橋梁荷載能力的評(píng)估具有重要意義。

首先，需要對(duì)試驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

其次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估，判斷其是否符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

再次，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)橋梁損傷進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的缺陷和損傷。除此之外，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬，深入分析荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，了解橋梁在不同工況下的受力特點(diǎn)和變形情況。

最后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)構(gòu)評(píng)估結(jié)果，對(duì)橋梁的承載能力進(jìn)行評(píng)估，并提出必要的加固設(shè)計(jì)方案，以確保橋梁的安全運(yùn)行。另外，總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，編寫(xiě)詳細(xì)的技術(shù)報(bào)告，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的問(wèn)題和改進(jìn)方向提出專(zhuān)業(yè)建議，為后續(xù)的工程實(shí)施提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

公路橋梁荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，且對(duì)精細(xì)化要求比較高，無(wú)論是荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備還是實(shí)際開(kāi)展荷載試驗(yàn)的流程，都需要得到優(yōu)化與改進(jìn)，工作人員要具備完善的理論知識(shí)以及豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，以更高效地完成荷載試驗(yàn)工作，為公路橋梁的安全性做出實(shí)際貢獻(xiàn)。