橋梁靜動載試驗檢測方法及實例分析

摘 "要：橋梁靜動載試驗是檢驗橋梁結構工作狀態或實際承載能力的一種試驗手段。該文綜述橋梁靜動載試驗的試驗目的、測試項目和注意事項。結合實例通過對跨線橋進行載荷試驗，用有限元軟件MIDAS對檢測橋梁進行建模分析計算，與實測試驗數據進行對比分析，對該跨線橋的實際承載力狀態做出評定，所檢驗橋梁滿足設計荷載作用下的運營要求，該文對同類型橋梁承載力驗算具有一定參考價值。

關鍵詞：橋梁；靜載試驗；動載試驗；試驗檢測；橋跨結構

中圖分類號：F426.9 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0079-04

Abstract： Bridge static and dynamic load test is a test method to test the working state or actual bearing capacity of bridge structure. This paper summarizes the test purpose， test items and matters needing attention of bridge static and dynamic load test. Combined with an example， through the load test of the cross-line bridge， the finite element software MIDAS is used to model， analyze and calculate the tested bridge， compare with the measured test data， and evaluate the actual bearing capacity state of the cross-line bridge. The tested bridge meets the operation requirements under the design load. This paper has a certain reference value for the checking and calculation of the bearing capacity of the same type of bridge.

Keywords： bridge; static load test; dynamic load test; test detection; bridge span structure

橋梁荷載試驗包括靜載試驗和動載試驗。為使橋梁荷載試驗順利實施，首先要做好試驗的總體設計和組織工作。試驗組織者需熟悉荷載試驗的各個方面，做好準備階段（前期準備和現場準備）、荷載試驗階段（靜載試驗和動載試驗）和成果階段（數據處理、分析及荷載試驗結果）3個階段的工作，如圖1所示。

其中準備環節是十分重要的基礎工作，試驗準備的好壞將直接影響整個試驗的質量。作為中心環節，加載試驗階段是試驗成敗的關鍵，實際也是對各項準備工作、試驗隊伍素質的考核。試驗成果最終會體現在試驗數據上，當然也是進一步做結構評估的基礎。

實橋荷載試驗組織準備工作一般包括試驗前準備和現場準備。前期準備工作主要有：資料收集，試驗方案擬定，儀器配套以及相應的試驗計算等。現場準備工作則有：荷載準備，工作腳手架和橋檢車，測點、測點布置等。

對于新建橋梁，通過荷載試驗檢驗橋跨結構的設計與施工質量，確定工程的可靠性，為橋梁順利的投入運營提供可靠依據，同時為橋梁的長期監測提供完整的初始數據，也為同類型橋梁設計與施工積累實測試驗資料[1]。

1 "靜載試驗

試驗荷載靜止停止在橋上預定的位置，測得一些控制截面的應力、應變及其撓度，與對應理論計算值的分析和比較，來判斷橋梁在靜載作用下的工作狀態。

1.1 "橋梁靜載試驗目的

了解橋梁在荷載作用下的實際工作狀態，檢驗橋梁結構實際承載能力是否符合設計要求。靜力試驗荷載效率系數宜取0.85≤η≤1.05，此時判定橋梁承載能力滿足要求，否則應判定橋梁承載能力不滿足要求[2-3]。

1.2 "撓度觀測和應變（應力）觀測

控制斷面彈性撓度（或應變）是衡量橋梁結構實際結構（或強度）的重要指標。具體衡量指標為試驗荷載作用下各主要控制斷面測點彈性撓度（或應變）的實測值與計算值的比值。斷面應力的計算值和實測值應列在同一張表內并做成曲線，以便比較[4]。

式中：Se為試驗荷載作用下控制測點的實測彈性撓度（或應變）值；Ss為試驗荷載作用下控制測點的理論計算彈性撓度（或應變）值。

對撓度觀測而言，結構剛度校驗系數不大于1，說明橋梁結構的豎向靜力剛度有安全儲備；大于1，則表明剛度不足。對應變（應力）觀測而言，結構強度校驗系數不大于1，表明橋梁結構實際強度有安全儲備，否則表明強度不足[2，5]。

2 動載試驗

對橋梁施加激振力而使橋梁發生振動，測試橋梁在車輛荷載等作用下的動力參數（阻尼比、固有頻率、振型和動力沖擊系數等），從而確定其工作狀態。

2.1 橋梁動載試驗目的

檢驗橋梁在成橋狀態下的實際工作性能和工程質量是否符合設計標準和運營要求；識別結構的現有狀態，為今后的維修和養護提供原始參考資料[6－7]。

2.2 測試項目[2]

2.2.1 脈動試驗

通過脈動試驗，采集橋跨結構的實際頻率及阻尼比，是一種簡易而可靠的方法。

2.2.2 跑車試驗

試驗時，用1輛載重汽車分別以20、30、40 km/h等不同速度勻速行駛過橋，以測試橋梁結構測點的動應變時程信號。

2.2.3 跳車試驗

試驗時，利用試驗車輛的后輪從三角墊塊上突然下落對橋梁產生沖擊作用，記錄所有測點的動態響應，跳車試驗車輛和跳車墊塊如圖2所示。

2.2.4 剎車試驗（制動試驗）

用加載車輛駛到跨中截面時，突然制動，測試制動時的動態響應時程曲線。

3 實例分析

某跨線橋橋面路幅布置：0.5 m（防撞護欄）+11 m（機動車道）+3 m（中央分隔帶）+11 m（機動車道）+0.5 m（防撞護欄）=26 m。橋梁結構橫向分為左、右2幅，左、右幅橋面板結構之間在路線中心線處設2 cm寬縱向構造縫。橋梁全長90 m，孔跨布置：左、右幅均為3×30 m=90 m，連續箱梁，橋面橫坡為2%。

3.1 靜載試驗

靜載試驗是按照預定的試驗方案，將靜止的荷載作用在橋梁上的指定位置，觀測橋梁結構的位移（撓度和變形）、應變（應力）、裂縫等參數的試驗方法，然后根據有關標準、規范的技術要求判斷橋梁結構的承載能力以及荷載作用下的工作性能。采用有限元軟件MIDAS對該跨線橋進行建模計算分析，有限元計算模型如圖3所示。

該跨線橋靜載試驗工況以左幅1#跨為例，測試項目為左幅1#跨最大正彎矩，布載方式為正載。左幅1#跨跨中最大正彎矩測試（正載）車輛布置和車輛荷載影響線。

3.1.1 應變觀測

最大正彎矩測試的應變觀測截面為試驗跨的L/2截面，負彎矩測試的應變觀測點為墩頂截面，應變觀測點布置如圖4所示。

3.1.2 撓度觀測

撓度采用精密水準儀進行測量。撓度觀測點在試驗跨支點和跨中、四分點位置，試驗跨撓度測點布置如圖5所示。

3.1.3 試驗規定

1）預加載。正式加載試驗前，用2輛試驗重車分別對加載幅橋梁進行預加載，預加載的目的為使橋梁結構能進入正常工作狀態，并檢查整個試驗、測試系統能否正常進行。

2）加載、卸載分級和重復加載。正式加載時采取分級加載方式，按方案原則分成3級。每個加載工況采用了分級卸載方式，卸載分為2級（50%和0試驗荷載）。

3）加載、卸載時，每個工況均要求穩定讀數和回零讀數。加卸載讀數控制均以撓度值控制。

3.1.4 靜載試驗結果及數據分析

該工況在試驗荷載作用下各測點控制截面的應變實測值與理論值如圖6所示，縱向撓度實測值與理論值如圖7所示。

1）應變數據分析。根據CJJ/T 233—2015《城市橋梁檢測與評定技術規范》的規定，試驗荷載作用下，通過對該工況滿載時下各測點應變實測值與理論值對比曲線分析，應變校驗系數？灼應不大于1。該工況試驗荷載作用下實際的應變校驗系數？灼在0.76～0.83，滿足要求。

相對殘余應變Sp′最大為0.07，小于容許值0.2，滿足要求。

2）撓度數據分析。根據CJJ/T 233—2015《城市橋梁檢測與評定技術規范》規定，試驗荷載作用下，通過對該工況滿載作用下縱向撓度曲線與理論值對比曲線分析，撓度校驗系數？灼應不大于1。該工況試驗荷載作用下實際的撓度校驗系數？灼在0.75～0.81，滿足要求。

相對殘余變位Sp′最大為0.08，小于容許值0.2，滿足要求。

3.2 "靜載試驗小結

1）在靜載試驗工況每級荷載作用下，左幅1#跨主梁的應變和撓度校驗系數最大值均小于1，左幅1#跨主梁的實際剛度和強度比理論預測值大，表明該橋跨結構實際強度和剛度有安全儲備。

2）相對殘余變位均未超過20%，說明結構彈性狀態良好。

3）測點實測應變值與其理論值呈線性關系，有一定的安全儲備。

4 "動載試驗

4.1 "試驗內容

①脈動試驗；②跑車試驗（無障礙行車）；③跳車試驗（有障礙行車）；④剎車試驗（制動試驗）。

4.2 "測點布置

在試驗跨的跨中截面位置布置DH610V型傳感器，并在跨中位置布置應變傳感器，測試各工況下橋跨結構的自振特性和動力特性。

4.3 "動載試驗結果

4.3.1 "脈動試驗

通過脈動試驗，采集橋跨結構的實際頻率及阻尼比。通過對左幅1#跨脈動試驗速度時程曲線進行頻譜分析，可得左幅1#跨一階頻率實測值為4.90 Hz，阻尼比為1.27%。

4.3.2 "跑車試驗

用1臺載重汽車分別以20、30 km/h的速度在該橋試驗跨上勻速通過，通過對跨中測點的動應變時程曲線進行分析，測試橋梁結構的受迫振動特性，如沖擊系數。以20 km/h速度在該橋試驗跨上勻速通過時的沖擊系數為1.034，以30 km/h速度在該橋試驗跨上勻速通過時的沖擊系數為1.037。

4.3.3 "跳車試驗

用1輛靜載試驗的載重汽車，在試驗跨跨中位置進行跳車試驗，通過跳車對橋跨結構進行激勵，測試橋跨結構的振動響應。通過對左幅1#跨跨中的跳車試驗速度時程曲線進行頻譜分析，可得頻率實測值為4.90 Hz。

4.3.4 "剎車試驗

用1臺載重汽車，以一定的速度勻速行駛在橋梁上，到達測試跨跨中附近時緊急剎車，通過剎車對橋跨結構進行激勵，測試橋跨結構的振動響應。通過對左幅1#跨跨中的剎車試驗速度時程曲線進行頻譜分析，可得頻率實測值為4.90 Hz。

4.4 "動載試驗小結

該跨線橋動載試驗，各測試項目測試數據統計情況見表1。

由表1可知。

1）該橋脈動試驗結果顯示，跨線橋一階豎向振動頻率實測值為4.90 Hz，理論設計值為3.10 Hz，實測值為理論計算值的1.58倍，實測頻率高于設計頻率，表明橋跨結構實際剛度高于設計剛度；跨線橋阻尼比為1.27%，處于正常范圍。

2）跑車試驗中沖擊系數測試結果顯示，該試驗跨分別以20、30 km/h速度得到的實測沖擊系數均小于計算值，說明該橋橋面行車狀況較好。

3）該橋在跳車、剎車試驗作用下，實測頻率與脈動試驗頻率相適應，跳車荷載的作用下橋梁結構無異常現象發生，結構動力性能良好。

5 "結論

橋梁試驗檢測是橋梁施工控制、新橋型結構性能研究、各類橋梁施工質量評定、在用橋梁養護管理工作的重要手段。通過試驗荷載作用下結構或構件試驗實測結果與對應理論計算結果的分析和比較，可以評估試驗橋梁的實際承載能力。隨著科技的創新與發展，橋梁靜動載試驗方法必將得到改進和提高，更多簡單有效的評估橋梁承載能力的方法將出現。

通過合理設計靜動載檢測方法，認真做好橋梁靜動載試驗工作，對推動我國橋梁建設水平，提高建設投資效益，保證橋梁工程施工質量，確保橋梁長期安全運營，保障人民生命財產安全，具有十分重要的意義。

參考文獻：

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