橋梁荷載試驗分析

摘 要：通過對靜載試驗的理論計算分析、工況設置、測點布置、荷載布置，以及動載試驗的橋梁模態試驗和行車試驗試等內容的介紹，為橋梁靜、動荷載試驗方案和試驗提供參考。

關鍵詞：靜載試驗；動載試驗；工況；荷載；模態試驗

中圖分類號：U446 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）23-0066-06

Abstract： Through the introduction of the theoretical calculation and analysis， working condition setting， measuring point layout， load layout of the static load test， as well as the bridge modal test and driving test of the dynamic load test， this paper provides a reference for the static and dynamic load test scheme and test of the bridge.

Keywords： static load test; dynamic load test; working condition; load; modal test

隨著中國社會經濟的進步和人民生活品質的提升，公路橋梁建設對于推動我國現代化的步伐、實施農村復興策略以及加強地區間的經濟文化交流具有極其關鍵的戰略影響。橋梁可以很好地解決跨水、越谷等問題，提高通行效率，增大交通便利性。

為了更好地掌握橋梁結構的施工質量、受力性能、實際承載能力。通過荷載試驗，掌握現有橋梁結構的成橋質量，評估結構承載力，判斷橋梁實際工作狀況是否正常，了解橋梁結構本身的動力特性，掌握車致振動或其他荷載動力響應，為保障橋梁工程的安全使用、交竣工驗收及后期維護提供參考依據。

1 荷載試驗

荷載試驗已經變成了一種有效的橋梁結構檢測方法，根據荷載性質被劃分為2大類：靜載試驗和動載試驗。

1.1 靜載試驗

橋梁靜態荷載測試主要目的在于，監測在靜態荷載影響下橋梁各主控截面的應力狀態和結構形變，根據試驗目的確定控制荷載。通過對比理論計算與試驗結果，驗證是否滿足設計要求。

靜載試驗效率：ηq=ss/s（1+μ），ηq一般采用0.95～1.05。Ss為最大計算效應值，S為最不利效應計算值，μ為沖擊系數。

載荷試驗分軸心、偏心載荷2種形式。試驗開始前于橋面上標明加載車輛的具體位置。

通過有限元模擬分析，以獲得設計載荷下最不利荷載效應，即內力包絡曲線圖的最大不利值。

為分析結構形變與應力的變化規律，通過分析選定試驗工況，根據試驗荷載總量和荷載分級增量逐級加載。

測點根據測試內容合理布置，如橋面已完成鋪裝，則橋面板的上層表面不宜設置測點。

根據靜載試驗荷載效率及橋梁控制截面的設計彎矩值，并考慮加載車輛軸距及方便實施等因素，選擇試驗加載車輛。

1.2 動載試驗

橋梁動載試驗是通過激振的方式獲取結構諸如自振頻率、沖擊系數、振型、阻尼比和動撓度等關鍵參數，進而全面評估橋梁結構剛度和動力特性的試驗手段。

可利用自由振法、強迫振動（共振）、環境隨機振動等方法采集橋梁振動的響應信號，獲得橋梁結構動力特性參數（自振頻率、陣型、阻尼比等），動力特性參數僅與結構自身形式和材料性能有關。

可通過自由振動法、強迫共振法以及環境隨機振動法獲取橋梁振動的響應信號，得到橋梁結構的動態特性參數（包括自振頻率、模態、阻尼比）。

速度傳感器的布置一般應考慮結構振動模態，避開各階振型節點，布設于變位較大位置。

使用動態應變檢測儀對行車試驗下的動應變時程響應進行數據采集。動力響應試驗主要包括無障礙跑車、跳車試驗、剎車試驗。

2 工程實例

某橋上部采用2×20 m結構簡支橋面連續預應力混凝土小箱梁，鉆孔灌注樁輕型橋臺，采用柱式墩接蓋梁橋墩，如圖1、圖2所示。

主要技術標準：①設計荷載為汽車荷載（城-A級）、人群荷載（4.0 kPa）；②抗震設防類別為丙類，按6度設防。

本次荷載試驗對象為左右幅的1#跨。

3 靜載試驗

3.1 試驗工況

為檢測試驗橋跨的工程質量和結構的安全性，按照城-A級設計荷載進行靜載試驗，經過分析，在設計荷載及試驗荷載作用下，確定2個主要內力控制截面（分左右兩幅），如圖3所示，確定4個靜載試驗工況，見表1。

3.2 荷載確定

按照試驗構件截面“等效內力”的原則，確定加載車輛的總數量和排列位置，使加載車輛組成的行列荷載與設計荷載在該截面產生的內力基本相等。對各測試截面荷載內力進行計算分析，同時確定靜載試驗時荷載的大小。

根據“等效內力”原則，設定加載汽車的總數及其位置，使加載車輛組成的行列荷載與設計荷載在該截面產生的內力基本相等。對測試截面荷載內力分析，確定靜載試驗時荷載的大小。經計算，需6輛總重360 kN的加載車輛。

3.3 測點布置

在控制截面的主梁布設應變測點，測點如圖4所示。

3.4 試驗實施

1）試驗加載車輛。試驗車輛軸距、軸重詳見表2，各工況下所需加載車輛的數量，根據設計荷載作用下工況的最不利效應值按照荷載效率系數換算。

2）各工況車輛荷載布置。具體工況和車輛荷載分級詳見表3，車輛布置如圖5所示。

本次靜載試驗荷載效率系數詳見表4。

設計荷載作用下測試跨主梁的彎矩包絡圖及各工況試驗荷載作用下的彎矩內力圖如圖6、圖7所示。

3.5 試驗結果

本節列舉工況1的靜載試驗結果，工況2—4與之類似。測點的應變測試結果詳見表5，應變理論值與實測值對比如圖8所示。撓度理論值與實測值對比如圖9所示，測點撓度測試結果詳見表6。

4 動載試驗

COuprhhgrDNDDHKBoJ9Uog==在無荷載作用下，采集脈動信號進行頻譜分析，從而得出橋梁的自振頻率。表7是實測頻率和理論頻率對比。理論頻率fl計算結果截圖如圖10所示。

在10、20、30、40 km/h車速下進行無障礙跑車試驗，采集跑車過程應變信號時程曲線進行沖擊系數分析，從而得出橋梁的沖擊系數。圖11、圖12是各速度跑車試驗時程曲線；表8是跑車試驗沖擊系數對比表。

5 結論

通過荷載試驗的數據分析可以看出：靜載試驗的荷載試驗效率介于0.85～1.05，滿足規范要求。靜載試驗工況荷載，實測撓度、實測應變均小于理論計算值，撓度校驗系數最大值、應變校驗系數最大值均不大于1；卸載后的殘余變位、應變較小，相對殘余變位、應變不超過20%；各跨跨中的變形小于L/600；均滿足規范要求。動載試驗表明，沖擊系數測試的結果正常，實測沖擊系數小于規范計算值；實測一階豎向固有頻率高于理論計算值，表明測試跨的結構動力特性正常，橋梁的動剛度滿足設計要求。

參考文獻：

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第一作者簡介：石立君（1981-），男，博士，高級工程師。研究方向為土木工程、工程檢測鑒定。