淺談橋梁實(shí)驗(yàn)新方法研究

龔瑞霞

摘要：橋梁試驗(yàn)主要是指荷載試驗(yàn)。荷載試驗(yàn)就是通過對(duì)橋梁施加額外的荷載，以使橋梁在外載荷作用下產(chǎn)生相應(yīng)變形或振動(dòng)。通過觀測橋梁在載荷下的應(yīng)變和振動(dòng)情況來分析橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型和運(yùn)行狀況，并結(jié)合理論計(jì)算來分析橋梁的極限承載能力和結(jié)構(gòu)安全度。本文首先分析了橋梁荷載試驗(yàn)存在的局限性，并針對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)需要全橋中斷交通，而這在實(shí)際操作中會(huì)帶來很大不便這一問題，提出了無需中斷交通就可進(jìn)行的橋梁試驗(yàn)新方法。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn);中斷交通;靜載試驗(yàn)

一、何時(shí)要進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)

1.橋梁驗(yàn)收時(shí)使用

首先設(shè)計(jì)建造橋梁時(shí)，會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐能嚵髁壳闆r來確定所建橋梁的承載能力。橋梁建成驗(yàn)收時(shí)，需要進(jìn)行荷載試驗(yàn)驗(yàn)證橋梁是否復(fù)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和使其次，需要根據(jù)橋用要求;梁荷載試驗(yàn)的結(jié)果分析橋梁的實(shí)際動(dòng)、靜力特性，為橋梁的維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù);此外，橋梁驗(yàn)收時(shí)的荷載試驗(yàn)也可以和理論分析進(jìn)行對(duì)比，為橋梁結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)、優(yōu)化施工積累經(jīng)驗(yàn)和資料。

2.舊橋鑒定時(shí)使用

一般當(dāng)橋梁的病害檢測和結(jié)構(gòu)演算分析不能確定橋梁是否能夠安全運(yùn)行時(shí)，需要進(jìn)一步進(jìn)行荷載試驗(yàn)。通過荷載試驗(yàn)來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)演算結(jié)果，如果符合，則可以確定橋梁的安全情況;同時(shí)，荷載試驗(yàn)也為橋梁的維修加固提供了依據(jù)。

3.定期安全監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)時(shí)使用

為保證橋梁的安全性和可靠性，必須對(duì)現(xiàn)有橋梁進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，而荷載試驗(yàn)可以準(zhǔn)確評(píng)估橋梁安全狀況，為橋梁的加固和養(yǎng)護(hù)方法提供指導(dǎo)。

二、傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗(yàn)及存在的問題

根據(jù)對(duì)橋梁加載形式的不同，橋梁荷載試驗(yàn)可以分為靜荷載試驗(yàn)和動(dòng)荷載試驗(yàn)。所謂靜載試驗(yàn)，就是在橋梁無使用，無運(yùn)動(dòng)載荷的條件下，對(duì)橋梁施加靜載荷，測量橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，如撓度、應(yīng)力、變形、裂縫等。通過對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行分析，可以全面了解橋梁的強(qiáng)度、剛度和抗裂性能等。靜載實(shí)驗(yàn)法是評(píng)估橋梁承載能力的可靠方法，靜載實(shí)驗(yàn)法所使用的力學(xué)原理和計(jì)算方法與設(shè)計(jì)橋梁時(shí)所使用的相同，具有簡單易接受的優(yōu)點(diǎn)。而動(dòng)載實(shí)驗(yàn)可分為兩類，一類是令專用的試驗(yàn)車以不同的速度通過橋梁，以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加振動(dòng)激勵(lì)，并通過測量得到橋梁在受迫振動(dòng)情況下的特征參數(shù)，最終根據(jù)這些參數(shù)來判斷橋梁的安全性能和動(dòng)力性能;第二類則是不通過專用車輛施加激勵(lì)，而是利用環(huán)境因素自由激勵(lì)來進(jìn)行測量，同樣可以得到橋梁的振動(dòng)特征參數(shù)。

1.傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)方法主要用于新建橋梁的驗(yàn)收，多以靜載實(shí)驗(yàn)為主。對(duì)橋梁施加靜載荷，通過將橋梁在靜載荷作用下的應(yīng)變與理論計(jì)算得到的應(yīng)變相對(duì)比，來分析橋梁的設(shè)計(jì)是否合理，施工是否符合規(guī)范，質(zhì)量是否達(dá)到要求。但是這種方法只適用于新建橋梁，而對(duì)于不能獲取足夠的信息的老橋不適用。

2.傳統(tǒng)的載荷試驗(yàn)需要很多專用加載設(shè)備，需要消耗大量的人力物力，成本很高。對(duì)于一些小型橋梁，很難承受這樣的高成本測試。

3.傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)因?yàn)橐脤Ｓ迷O(shè)備對(duì)橋梁加載，不能有車輛通過產(chǎn)生干擾，因此必須較長時(shí)間中斷橋梁交通，這對(duì)于一些流量非常大的主干道橋梁是根本無法實(shí)施的。

三、無需中斷交通的橋梁試驗(yàn)

本文提出的無需中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法可以用于舊橋的檢測。在現(xiàn)行的《公路舊橋承載能力的鑒定方法》中，舊橋的技術(shù)鑒定應(yīng)包含3方面的內(nèi)容：（1）橋梁的現(xiàn)狀檢測，（2）結(jié)構(gòu)檢算，（3）荷載試驗(yàn)。這三方面的內(nèi)容是一個(gè)統(tǒng)一的整體，他們之間相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充、相互印證。在進(jìn)行舊橋技術(shù)鑒定時(shí)，首先要對(duì)橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行檢測，包括測繪橋梁的結(jié)構(gòu)圖紙，實(shí)際測量橋梁主要結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度，測量橋梁主體結(jié)構(gòu)的形變量，以及觀察各個(gè)部件是否出現(xiàn)裂縫等損壞，綜合分析以上因素，力求對(duì)橋梁的工作狀況作出準(zhǔn)確的推測。其次，要根據(jù)第一步檢查測繪得到的結(jié)果進(jìn)行建模分析及結(jié)構(gòu)檢算，計(jì)算出橋梁實(shí)際結(jié)構(gòu)的極限抗力以及組合內(nèi)力，以此判斷出當(dāng)前橋梁的實(shí)際承載能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法中，完成了以上兩步后需要對(duì)橋梁進(jìn)行靜載荷載試驗(yàn)，并根據(jù)荷載試驗(yàn)的結(jié)果來調(diào)整前面檢算的方法和參數(shù)，修正理論計(jì)算，以便得到盡可能準(zhǔn)確的模型和參數(shù)，最終確定橋梁的承載能力和安全性能。

在舊橋的技術(shù)鑒定中，現(xiàn)狀檢測是基礎(chǔ)和重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)檢算是關(guān)鍵和核心，荷載試驗(yàn)只是對(duì)結(jié)構(gòu)檢算的驗(yàn)證。在該標(biāo)準(zhǔn)中，把荷載試驗(yàn)放在最后一步，是因?yàn)榘凑侦o載實(shí)驗(yàn)的要求，需要對(duì)橋梁施加結(jié)構(gòu)檢算算出來的橋梁可承受的最大載荷，以此來驗(yàn)證橋梁工作的可靠性和結(jié)構(gòu)特性。對(duì)舊橋施加如此大的載荷無疑會(huì)增加試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須在進(jìn)行完第一步的現(xiàn)狀檢測和第二部的結(jié)構(gòu)檢算得出橋梁所能承受的極限載荷后才能進(jìn)行。這樣一來，增加了舊橋檢測的成本，且仍舊很難降低檢測風(fēng)險(xiǎn)，往往會(huì)造成對(duì)舊橋的保守評(píng)價(jià)。

本文提出的橋梁檢測方法，無需中斷交通，在橋梁正常通車的情況下，測量橋梁的載荷反應(yīng)。這樣做既沒有附加風(fēng)險(xiǎn)，而且可以最真實(shí)的反應(yīng)出橋梁正常工作時(shí)的情況。該方法利用隨機(jī)通過的車輛作為對(duì)橋梁的激勵(lì)源，采集橋梁結(jié)構(gòu)在通過車輛激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)受迫振動(dòng)信號(hào)的分析得出橋梁的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)特性，包括橋梁的固有頻率、動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移、阻尼和動(dòng)力系數(shù)等。通過將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果的對(duì)比分析，可以保證結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果的正確性，對(duì)橋梁的使用情況作出準(zhǔn)確估計(jì)，而不需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)很大的極限荷載測試。

四、結(jié)束語

無需中斷交通的橋梁測試方法是在大量實(shí)踐測試中不斷總結(jié)和摸索的方法，避免了傳統(tǒng)荷載試驗(yàn)成本高，且需要完全中斷交通的缺點(diǎn)，也不會(huì)因?yàn)閷?duì)橋面施加接近極限的外載荷而帶來橋體損壞的風(fēng)險(xiǎn)。但是應(yīng)該注意到，由于使用本方法測試的實(shí)例還不多，沒有積累足夠的數(shù)據(jù)資源供分析參考，所以仍需要不斷完善，在大量實(shí)驗(yàn)各種橋梁后總結(jié)出一套完整的實(shí)驗(yàn)方法和專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣可以使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析更為準(zhǔn)確。

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