淺談公路橋梁荷載試驗檢測在橋梁養(yǎng)護(hù)中的作用

周明朗

【摘要】荷載試驗是一種非常重要的公路橋梁檢測方法，包括靜載試驗和動載試驗，直接服務(wù)于工程實踐，具有很強(qiáng)應(yīng)用性、綜合性和復(fù)雜性，能夠科學(xué)評定公路橋梁運營承載力，在橋梁例行養(yǎng)護(hù)過程、定期檢查和特殊檢查中都具有非常重要的作用，在新建橋梁和加固后的橋梁檢查中起判定作用，對于實現(xiàn)橋梁的科學(xué)合理養(yǎng)護(hù)、推動公路橋梁事業(yè)發(fā)展、確保橋梁安全運營有著重要現(xiàn)實意義。下面筆者就結(jié)合實踐經(jīng)驗對動靜荷載試驗檢測手段在公路橋梁養(yǎng)護(hù)過程中的作用進(jìn)行探討，以供參考。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；荷載試驗檢測；橋梁養(yǎng)護(hù)

公路橋梁是交通動脈的咽喉，其運營狀況關(guān)乎人民生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。養(yǎng)護(hù)管理是保證公路橋梁優(yōu)良服務(wù)水平的主要手段之一，其主要目的是經(jīng)常保持橋梁完好狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)并及時彌補(bǔ)先天缺陷；防治結(jié)合，提前預(yù)防橋梁病害發(fā)生，及時處理隨時出現(xiàn)的損壞，提高橋梁抗災(zāi)能力，降低養(yǎng)護(hù)和橋梁運營成本。荷載試驗是一種非常重要的公路橋梁檢測方法，主要是檢測、試驗、判斷橋梁結(jié)構(gòu)及部件的工作性能所存在的缺損情況，是竣工驗收時對橋梁工程內(nèi)在質(zhì)量進(jìn)行評判最為直接、有效的手段，在新建橋梁和加固后的橋梁檢查中起判定作用，對于既有橋梁尤其是修建時間較長已無法查找到原設(shè)計、施工、竣工資料的橋梁，通過荷載試驗可評估橋梁使用性能和承載能力，為橋梁的養(yǎng)護(hù)管理提供科學(xué)的依據(jù)。

一、公路橋梁養(yǎng)護(hù)過程中荷載試驗檢測對象選定

在橋梁養(yǎng)護(hù)過程中，橋梁檢查和損傷檢測非常重要，可直接獲得橋梁最新技術(shù)狀況信息，橋梁養(yǎng)護(hù)對策一般是按照橋梁檢查及檢測結(jié)果制定的。橋梁檢查包括經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查，橋梁損傷檢查包括承載力試驗、健康監(jiān)測和無損檢測，其中，特殊檢查需要根據(jù)經(jīng)常檢查和定期檢查結(jié)果針對橋梁病害進(jìn)行專門現(xiàn)場試驗檢測、驗算和分析。

橋梁特殊檢查中的專門現(xiàn)場試驗檢測和橋梁損傷檢查中的承載力試驗要用到荷載試驗檢測手段。荷載試驗并非對任何的公路橋梁都是必須的，一般情況下需對舊橋進(jìn)行荷載試驗，但是在某些特殊情況下，新建橋梁也要進(jìn)行荷載試驗。需檢測的橋梁有以下幾種：①沒有完整設(shè)計和施工資料，且施工質(zhì)量較低，未能完全達(dá)到設(shè)計要求的；②竣工后在運營過程中橋梁主要承重構(gòu)件材料缺損嚴(yán)重影響橋梁整體結(jié)構(gòu)承載能力的；③橋梁需要通過超重車輛或橋梁荷載等級需要提高的；④橋梁經(jīng)過修復(fù)、重大加固或改建后需要對工程效果進(jìn)行驗證的。

二、公路橋梁養(yǎng)護(hù)中的荷載試驗檢測

公路橋梁養(yǎng)護(hù)是一個系統(tǒng)工程，涉及信息量多面廣，橋梁養(yǎng)護(hù)信息的收集管理是橋梁養(yǎng)護(hù)決策的基礎(chǔ)，也就是說，只有通過科學(xué)合理的手段獲得正確的橋梁信息才能得到正確的橋梁狀態(tài)評估及預(yù)測結(jié)果，才能在此基礎(chǔ)上制定正確的維修、加固對策，才能科學(xué)分配和使用養(yǎng)護(hù)資金。養(yǎng)護(hù)決策基本流程見圖1。

圖1 公路橋梁養(yǎng)護(hù)決策基本流程

1.靜載試驗檢測

靜力荷載試驗進(jìn)行過程中，首先要將靜止的荷載設(shè)置到制定橋梁位置上（一般以緩速行駛到橋上特定載重級別的車輛荷載作為靜載，在某些情況下可施加荷重，也可以液壓千斤頂裝置施力模擬車載），之后即可對橋梁的靜應(yīng)變、靜位移和裂縫進(jìn)行檢測，以判斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力。

加載方案：當(dāng)加載分級比較方便時，按最大控制界面內(nèi)力平均分為3-4級，當(dāng)使用重車加載，可分為2-3級，若前期工作準(zhǔn)備不充分或是橋梁狀況較差，盡量增加加載分級。分級加載后的卸載可在分級加載后直接卸載，也可逐級加載完后分級卸載。加載時間上，應(yīng)滿足溫度上要求的，以晚上10點至早上6點為宜，若加載試驗采用的是加卸載速度較快的車輛，可考慮在日間溫差相差較小的時段進(jìn)行。加載車輛方面，一般選用裝載重物的汽車或平板車，特殊情況下可使用施工車輛，當(dāng)僅為滿足控制截面內(nèi)力要求，可直接在橋面堆放重物或設(shè)置水箱。加載物需稱重，對于利用車輛進(jìn)行加載的情況，要將加載在車上的加載物對稱排列，保證其縱向軸兩邊質(zhì)量誤差<5%。需注意的是，加載總量與加載位置一方面要保證橋梁安全，另一方面要能將橋梁實際受力及相應(yīng)變形狀況準(zhǔn)確檢測出來。最后根據(jù)橋梁現(xiàn)有情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計算，主要評價指標(biāo)為校驗系數(shù)和相對殘余變位，見下式：

若校驗系數(shù)<1，說明結(jié)構(gòu)工作性能良好，若>1則說明結(jié)構(gòu)工作性能不好；若相對殘余變位<20%，說明結(jié)構(gòu)接近彈性工作狀況。從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，推斷現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)的實際承載能力、抗裂性及安全度，以及時采取科學(xué)養(yǎng)護(hù)對策。

2.動載試驗檢測

動載試驗檢測是一種采用簡單的動力法評定橋梁承載能力的方法，主要利用某種激振方法激起橋梁結(jié)構(gòu)震動，測定其結(jié)構(gòu)固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)、行車響應(yīng)等參量，然后通過模態(tài)參數(shù)識別結(jié)構(gòu)的損傷，進(jìn)而判斷橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度和行車性能。如果橋面上沒有汽車行駛，且不存在其他周期性干擾力，在微環(huán)境因素作用下，橋梁結(jié)構(gòu)所受的是平穩(wěn)的隨機(jī)激勵，相應(yīng)主諧量是其固有頻率附近的震動，那么可采用脈動試驗對結(jié)構(gòu)固有頻率進(jìn)行檢測。除了脈動試驗，還可采取跳車試驗，即讓汽車跨過15cm左右高度的高跳板之后制動，測量橋梁結(jié)構(gòu)衰減振動，并確定其沖擊系數(shù)，從而科學(xué)分析橋梁結(jié)構(gòu)振動性質(zhì)，為橋梁養(yǎng)護(hù)決策管理提供可靠的信息依據(jù)。

三、結(jié)語

總之，通過對橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗，能了解結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實際工作狀態(tài)，綜合分析判斷橋梁結(jié)構(gòu)安全承載能力和使用條件，其在公路橋梁例行養(yǎng)護(hù)過程以及在定期檢查、特殊檢查中起著重要作用，在新建橋梁和加固后的橋梁檢查中起著判定作用，對于實現(xiàn)橋梁的科學(xué)合理養(yǎng)護(hù)、推動公路橋梁事業(yè)發(fā)展、確保橋梁安全運營有著重要現(xiàn)實意義。在公路橋梁的實際養(yǎng)護(hù)工作中，我們應(yīng)明確工作目標(biāo)，結(jié)合具體的試驗?zāi)康暮鸵髞磉x擇一種或幾種試驗方法，不僅要講求試驗科學(xué)性，還應(yīng)講求經(jīng)濟(jì)成本，力爭通過非破壞性試驗達(dá)到試驗?zāi)康?。盡管橋梁荷載試驗在評定橋梁狀態(tài)和承載能力、積累與橋梁養(yǎng)護(hù)有關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)和資料方面的作用非常重要，但其并不能替代常規(guī)橋梁養(yǎng)護(hù)方法，只能視為獲取橋梁信息的手段和分析方法的補(bǔ)充，因而我們還需深層次了解公路橋梁病害原因，采用科學(xué)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和先進(jìn)的儀器設(shè)備，使橋梁養(yǎng)護(hù)走向規(guī)范化、科學(xué)化道路。

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