基于動(dòng)靜載試驗(yàn)的橋梁狀態(tài)評(píng)估初探

朱志軍

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，我國(guó)的生活水平也在不斷提升，對(duì)于橋梁的建設(shè)也進(jìn)入了前所未有的繁榮階段。我國(guó)逐漸出現(xiàn)了大跨度的橋梁建設(shè)，但是隨著橋梁坡度的不斷提升，從幾百米甚至是幾千米，橋梁建筑的安全問(wèn)題也越來(lái)越重要。并且，對(duì)于橋梁的具體設(shè)計(jì)以及建筑施工中存在各種運(yùn)營(yíng)的損傷以及老化性的問(wèn)題開(kāi)始暴露出來(lái)，出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂、抗震能力減弱、承載能力較差等嚴(yán)重的問(wèn)題，這也直接影響了我國(guó)橋梁建設(shè)的安全使用周期。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)靜載試驗(yàn)；橋梁；狀態(tài)評(píng)估

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸量逐漸增多，出現(xiàn)了部門(mén)橋梁受到荷載等級(jí)的局限，尤其是一些早期建筑施工的橋梁，自身具有的荷載能力無(wú)法滿足道路運(yùn)輸?shù)幕拘枨蟆Ｓ捎谌狈?yán)格的檢測(cè)以及相應(yīng)的保護(hù)措施，造成了大量橋梁損壞的重要事故，為我國(guó)人民以及財(cái)產(chǎn)的安全造成了損失。因此需要對(duì)橋梁狀態(tài)做好權(quán)威的評(píng)估工作，本文主要基于動(dòng)靜載試驗(yàn)，講述橋梁狀態(tài)的相關(guān)評(píng)估。

一、橋梁靜載試驗(yàn)的現(xiàn)狀

早在我國(guó)二十世紀(jì)初期就出現(xiàn)了各種類型的傳感器，推動(dòng)了我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步。在十九世紀(jì)七十年代，國(guó)外的相關(guān)學(xué)者就開(kāi)始深入的研究結(jié)構(gòu)力學(xué)，并取得了重大的發(fā)展，能夠利用科學(xué)的技術(shù)手段將橋梁的各種構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力的具體分析，推動(dòng)了橋梁的不斷發(fā)展與進(jìn)步，同時(shí)也促進(jìn)了荷載試驗(yàn)的應(yīng)用與發(fā)展。我國(guó)橋梁建筑事業(yè)發(fā)展的比較晚，對(duì)于橋梁中應(yīng)用荷載試驗(yàn)的相關(guān)研究仍然比較滯后。對(duì)于靜載試驗(yàn)的研究，也缺少相關(guān)的參考資料，近幾年才開(kāi)始對(duì)靜載試驗(yàn)展開(kāi)深入的研究。

二、橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的現(xiàn)狀

動(dòng)載試驗(yàn)是我國(guó)研究橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)動(dòng)力特性的重要手段，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究能夠判斷橋梁自身的承載能力以及具體的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載響應(yīng)的測(cè)試，進(jìn)一步分析橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力的具體反映，分析車輛荷載對(duì)整個(gè)橋梁造成的動(dòng)力作用，從而科學(xué)的判定橋梁具有的經(jīng)濟(jì)性能以及安全系數(shù)。傳統(tǒng)的動(dòng)力檢測(cè)主要是為了確定橋梁具體的自振頻率，一旦出現(xiàn)橋梁自身的自振頻率在外荷載頻率范圍內(nèi)，就會(huì)導(dǎo)致由于外荷載引起橋梁產(chǎn)生共振，從而帶來(lái)巨大的安全隱患。近年來(lái)，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)相關(guān)的模態(tài)分析受到了廣泛應(yīng)用，不僅應(yīng)用于航空航天，還被應(yīng)用于一些土木工程相關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)中，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)判斷結(jié)構(gòu)本身具有的振動(dòng)頻率以及振型等各種有效的參數(shù)，從而對(duì)橋梁的整體狀態(tài)做好更加全面的分析和評(píng)估。雖然我國(guó)對(duì)于動(dòng)載試驗(yàn)進(jìn)行了大量的分析和研究，并利用動(dòng)載試驗(yàn)計(jì)算橋梁具體的極限承載能力，但是，仍然缺乏一種權(quán)威的科學(xué)方法對(duì)橋梁的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能的全面評(píng)估。

三、橋梁靜載試驗(yàn)

（一）橋梁靜載試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)

靜載試驗(yàn)就是利用靜止的荷載分別施加在橋梁具體的指定位置中，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)中各種參數(shù)進(jìn)行全面的觀察和測(cè)試，從而有效的評(píng)價(jià)整個(gè)橋梁在荷載作用下顯示的工作性能以及橋梁的使用情況。靜載試驗(yàn)是最常見(jiàn)的的橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，因?yàn)檎w的橋梁結(jié)構(gòu)受到的荷載作用大部分都是靜力作用下的荷載，所謂的靜力荷載主要是指荷載的位置隨著時(shí)間變化產(chǎn)生的車輛荷載，在評(píng)估計(jì)算時(shí)，一般都會(huì)考慮靜力荷載。橋梁結(jié)構(gòu)使用的靜載試驗(yàn)，主要是通過(guò)重力或者是加載設(shè)備開(kāi)始試驗(yàn)，例如一些車輛或者是水箱等。橋梁靜載試驗(yàn)具體的加載過(guò)程都是從零逐漸往上遞增，直到達(dá)到試驗(yàn)的具體要求才停止。靜載試驗(yàn)是分析評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)特性的重要手段，能夠直接解決靜力問(wèn)題，還能進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力的具體實(shí)驗(yàn)，從而有效的得出結(jié)構(gòu)相關(guān)的準(zhǔn)確特性參數(shù)。

（二）對(duì)橋梁靜載試驗(yàn)具體結(jié)果的評(píng)價(jià)與分析

在進(jìn)行橋梁的靜載試驗(yàn)完成以后，根據(jù)試驗(yàn)的具體結(jié)果分析評(píng)估橋梁的具體情況和性能。例如：進(jìn)行靜載試驗(yàn)的主要目的就是探索橋梁具體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律，或者是計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的理論精準(zhǔn)度以及橋梁的使用程度，想要得到準(zhǔn)確的評(píng)估就需要對(duì)靜載試驗(yàn)的具體結(jié)果進(jìn)行全面綜合的分析，從而找出存在關(guān)聯(lián)的各種變量，得出相應(yīng)的數(shù)字表達(dá)式或者是內(nèi)在關(guān)系表。如果靜載試驗(yàn)進(jìn)行的是生產(chǎn)鑒定，就需要對(duì)試驗(yàn)最終的結(jié)果進(jìn)行資料的整理分析，獲取需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷橋梁結(jié)構(gòu)具體的承載能力、抗震能力以及使用性能，從而評(píng)估橋梁是否具有安全可靠地性能，是否符合理論數(shù)據(jù)的要求。

橋梁靜載試驗(yàn)對(duì)橋梁狀態(tài)的評(píng)估指標(biāo)主要分為兩個(gè)方面，一是對(duì)控制測(cè)點(diǎn)具體的實(shí)測(cè)值與科學(xué)的理論計(jì)算值相互比較，通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能。二是將控制測(cè)點(diǎn)具體的實(shí)測(cè)值與相關(guān)規(guī)定的允許值相互比較，說(shuō)明橋梁結(jié)構(gòu)所處的具體狀態(tài)。

四、橋梁動(dòng)載試驗(yàn)

（一）橋梁動(dòng)載試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)

動(dòng)力特性的相關(guān)指標(biāo)是判斷橋梁承載能力以及結(jié)構(gòu)工作性能的主要參數(shù)，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的振動(dòng)分析是進(jìn)行橋梁狀態(tài)評(píng)估的重要內(nèi)容，影響橋梁振動(dòng)指標(biāo)的因素有很多，只靠簡(jiǎn)單的理論分析無(wú)法滿足橋梁應(yīng)用的具體需求，只有采用理論分析與動(dòng)載試驗(yàn)相互結(jié)合的方式才能得出準(zhǔn)確的參考數(shù)值。

（二）橋梁動(dòng)載試驗(yàn)對(duì)橋梁狀態(tài)評(píng)估的主要作用

1.確定橋梁具體的模態(tài)參數(shù)以及相關(guān)的動(dòng)力特性

在橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)中，所有載重的車輛都是以較低的速度升到較高的速度駛過(guò)建筑橋梁，這就會(huì)給橋梁造成不同程度的振動(dòng)。在進(jìn)行車輛荷載試驗(yàn)的過(guò)程中，一旦出現(xiàn)某一車輛自身的激振力頻率恰巧與橋梁結(jié)構(gòu)具有的固有頻率相似時(shí)，這樣的橋梁結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，橋梁結(jié)構(gòu)的振響應(yīng)值上升到最大。當(dāng)車輛離開(kāi)橋梁時(shí)，橋梁內(nèi)部的結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)自由衰減振動(dòng)。這時(shí)可以根據(jù)相關(guān)的波形曲線進(jìn)行分析，得出準(zhǔn)確的動(dòng)力特性的相關(guān)參數(shù)。在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中需要記錄橋梁具體的振幅、沖擊系數(shù)等，最后通過(guò)圖形的方式表現(xiàn)出來(lái)，并進(jìn)行分析處理。通過(guò)對(duì)動(dòng)載試驗(yàn)的具體結(jié)果的分析，得到撓度值的變化過(guò)程，評(píng)估橋梁自身的動(dòng)態(tài)特性。

2.評(píng)估橋梁自身的承載能力

通過(guò)橋梁的動(dòng)載試驗(yàn)對(duì)橋梁具體的承載能力進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)的主要是橋梁的動(dòng)態(tài)特性，從而得出橋梁自身結(jié)構(gòu)在動(dòng)載試驗(yàn)的作用才產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)，其中包括振幅以及各種結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)參數(shù)，從而評(píng)估橋梁自身結(jié)構(gòu)具有的承載能力。通過(guò)對(duì)橋梁承載能力的評(píng)估技術(shù)對(duì)舊橋梁進(jìn)行加固，為我國(guó)節(jié)省了建筑的投資。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，隨著我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)相關(guān)功能的復(fù)雜化，對(duì)于橋梁自身狀態(tài)的評(píng)估監(jiān)測(cè)具有重要的作用，也成為了相關(guān)部門(mén)研究的重點(diǎn)課題。橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及評(píng)估能夠保證橋梁安全的使用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)補(bǔ)充，延長(zhǎng)了橋梁使用的年限，同時(shí)，通過(guò)具體的評(píng)估結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取有效的措施減少問(wèn)題橋梁帶來(lái)的資金損失以及人身安全的損害，為我國(guó)的橋梁建筑提供了安全有效的保證。

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