荷載試驗(yàn)在橋梁檢測中的應(yīng)用

生衛(wèi)民

（中國水利水電第八工程局有限公司科研設(shè)計(jì)研究院 湖南長沙 410000）

引言

我國的很多橋梁都建設(shè)在很多年前，但是因?yàn)槿鄙俦匾木S護(hù)保養(yǎng)使得橋梁的破壞較為嚴(yán)重，承載力下降較多，存在著一定的交通隱患。近些年來我國經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，交通運(yùn)輸能力也有了較大提升，這就造成了很多橋梁承載力以及通行能力無法滿足現(xiàn)在交通發(fā)展需要，若是完全將這些橋梁拆除重建不但會(huì)消耗大量人力物力、嚴(yán)重影響交通情況，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較多建筑垃圾，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。所以需要通過有效的檢測方式來評定橋梁的承載能力，從而實(shí)施科學(xué)的加固，最大程度上確?，F(xiàn)行交通不會(huì)受到干擾。從目前來看，對于橋梁結(jié)構(gòu)和新建的橋梁承載能力評定最為直接有效的方法就是橋梁的荷載試驗(yàn)（主要包括靜載試驗(yàn)以及動(dòng)載試驗(yàn)），通過荷載試驗(yàn)?zāi)軌驒z測到橋梁的實(shí)際承載能力，對于采取針對性的加固措施具有非常重要的意義。

1 案例基本情況分析

某橋梁處于我國某省會(huì)城市，連接2條南北方向的主要公路。但是經(jīng)過多年的應(yīng)用此橋梁受到了嚴(yán)重的損壞，行車條件較為惡劣。隨著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及交通運(yùn)輸量的不斷提升，原有橋梁已無法滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，所以需要對其進(jìn)行改造，這對于進(jìn)一步提升交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有非常重要的作用和意義。該橋梁屬于3孔16跨的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板橋，該橋采取兩車道雙向行車，橋面寬度達(dá)到9.5m，設(shè)計(jì)的行車速度達(dá)到80km/h，設(shè)計(jì)載荷達(dá)到汽-20，掛-100。

2 靜載試驗(yàn)情況

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

（1）利用靜載試驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_橋梁現(xiàn)有結(jié)構(gòu)工作情況，明確橋梁具體工作是否滿足設(shè)計(jì)要求或是否處在正常狀態(tài)；

（2）利用靜載試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)蛄航Y(jié)構(gòu)以及施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，可以對橋梁承載能力以及工作情況實(shí)施綜合性評價(jià)；

（3）可以提供橋梁的維護(hù)依據(jù)，確保橋梁能夠正確使用、維修以及養(yǎng)護(hù)。

2.2 試驗(yàn)荷載的確定、荷載效率分析以及加載工況分析

（1）對于橋梁進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)可以通過汽車方式進(jìn)行加載，可以通過38t自卸車以及24t橋檢車來進(jìn)行。

（2）荷載效率分析

靜載試驗(yàn)的效率可以用如下公式表示：

其中Ss表示的為靜載試驗(yàn)荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；s表示的是控制荷載作用下控制截面內(nèi)力計(jì)算值；μ表示的為沖擊系數(shù)。

（3）加載工況情況分析

為了能夠確定橋梁最危險(xiǎn)情況，在進(jìn)行加載時(shí)需要按照極限情況進(jìn)行，所以橫橋向時(shí)可以通過兩列車隊(duì)進(jìn)行偏心加載，縱橋向時(shí)可以根據(jù)跨中截面彎矩以及撓度最大的位置進(jìn)行加載。

2.3 理論計(jì)算內(nèi)容

（1）有關(guān)荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算內(nèi)容

在進(jìn)行荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算時(shí)可以根據(jù)剛性橫梁法來進(jìn)行。橋面的具體情況如表1所示。

表1 橋面不同區(qū)域橫向描述

案例中的主梁間距為7×1.19m，其中主梁的抗彎慣矩為8×0.036m4，抗扭修正系數(shù)為1.0。通過上述的相關(guān)內(nèi)容計(jì)算所得橫向分布系數(shù)如表2所示。

表2 橫向分布系數(shù)

（2）標(biāo)準(zhǔn)載荷作用下彎矩的情況

可以參照不同梁片的橫向分布系數(shù)來計(jì)算不同梁跨中截面在標(biāo)準(zhǔn)載荷情況下的彎矩，所得結(jié)果如表3所示。

表3 標(biāo)準(zhǔn)載荷作用下彎矩的情況

（3）標(biāo)準(zhǔn)載荷情況以及試驗(yàn)載荷情況的對比分析

標(biāo)準(zhǔn)載荷情況以及試驗(yàn)載荷情況的對比分析如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)載荷情況以及試驗(yàn)載荷情況的對比分析結(jié)果

從表4中能夠得知，不同情況下的試驗(yàn)載荷效率都在0.8～1范圍內(nèi)，那么標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.4 靜載試驗(yàn)測試結(jié)果分析

（1）對于橋梁承載能力的測評方式

在進(jìn)行橋梁承載能力測評過程中可以通過實(shí)測結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)來進(jìn)行，此系數(shù)主要是通過試驗(yàn)的實(shí)測值和理論值應(yīng)力或者撓度之比得到的，其能夠充分反映出橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)。如果結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)≤1，就說明理論計(jì)算還處在較為安全的情況，橋梁結(jié)構(gòu)還具有相應(yīng)的安全儲(chǔ)備，這就在一定程度上表明橋梁結(jié)構(gòu)工作情況良好。

（2）不同工況下梁底應(yīng)變測試分析

在靜載試驗(yàn)中所測得的應(yīng)變值都是加載之后的應(yīng)變增量值，通過理論計(jì)算所得到的應(yīng)變增量值和實(shí)測所得到的應(yīng)變增量值能夠得知，試驗(yàn)兩跨的實(shí)測混凝土應(yīng)變都小于理論計(jì)算值，應(yīng)變檢驗(yàn)系數(shù)控制在0.23～0.77范圍內(nèi)，這就說明所實(shí)驗(yàn)的橋梁承載能力處在正常范圍內(nèi)。

3 動(dòng)載試驗(yàn)的情況

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)常用方法

橋梁荷載試驗(yàn)中較為常用的動(dòng)載試驗(yàn)方法為激振方法，較為常用的激振方法主要包括：

（1）強(qiáng)迫振動(dòng)法。也可以稱之為共振法，主要是利用激振儀對于橋梁整體結(jié)構(gòu)施加激振力，利用差異性的激振力頻率來確保橋梁整個(gè)結(jié)構(gòu)都能夠共振，從共振的實(shí)際結(jié)果來判定橋梁動(dòng)力特性。

（2）瞬態(tài)激振法。也可以稱之為自振法，主要是使得橋梁產(chǎn)生具有阻尼的自由衰減振動(dòng)，之后形成橋梁的衰減振動(dòng)曲線，以此來判定其結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性。

（3）脈動(dòng)法。主要是利用橋梁周邊設(shè)施（例如車輛等）所產(chǎn)生的振動(dòng)來使得橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生微小且不規(guī)則的振動(dòng)方法，此種方法不但能夠獲取準(zhǔn)確的橋梁固有頻率，同時(shí)也能夠索塔及大跨度橋梁進(jìn)行判定。

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析以及測定

一般情況下對于橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行測定時(shí)可以采取“時(shí)域分析”以及“頻域分析”兩種方式進(jìn)行。其中“時(shí)域分析”主要就是指對時(shí)程曲線進(jìn)行分析，之后得到相應(yīng)的參數(shù)，包括：振型、阻尼比、沖擊系數(shù)等；“頻域分析”主要就是指利用變換針對來處理時(shí)域信號，之后來有效判定結(jié)構(gòu)頻率和分布特性。

（1）在進(jìn)行固有頻率測定過程中，需要通過相應(yīng)的實(shí)體試驗(yàn)來進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)過程中需要參照實(shí)測記錄中的測試體系中的功率譜圖分析時(shí)域歷程曲線、峰值和相關(guān)圖紙等等，同時(shí)也要進(jìn)行橋梁承重結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度的計(jì)算。針對不同的結(jié)構(gòu)形式需要采取不同的對比分析，相對簡單的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)只需要進(jìn)行一階頻率分析，相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)就要測試一階、二階以及更高階頻率。若是實(shí)際測量值＜理論計(jì)算值，表明橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度較大，橋梁結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)；若是實(shí)際測量值＞理論計(jì)算值，表明橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度較小，橋梁結(jié)構(gòu)處于非正常狀態(tài)。

（2）在進(jìn)行阻尼測定過程中，橋梁結(jié)構(gòu)阻尼特性容易受到某些因素的影響，例如阻尼比D、對數(shù)衰減率等等。阻尼測定時(shí)可以利用較為常用的測試體系軟件來進(jìn)行，同時(shí)也可以在功率圖譜中通過半功率帶寬法來進(jìn)行阻尼計(jì)算。一般情況下橋梁結(jié)構(gòu)阻尼在0.01～0.08范圍，如果橋梁阻尼處在較大區(qū)間就說明橋梁結(jié)構(gòu)過于耗能，同時(shí)阻尼較大也會(huì)造成很多異常問題，例如支座工作異常、結(jié)構(gòu)有裂縫、均質(zhì)程度較差等等。

（3）在進(jìn)行振型測定過程中可以通過共振法來進(jìn)行。主要是將不同傳感器布設(shè)在橋梁結(jié)構(gòu)相應(yīng)部位上，若是激振設(shè)備能夠使得橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生共振就可以將橋梁結(jié)構(gòu)不同位置振幅和相位進(jìn)行有效記錄，之后對于不同測定振幅和相位進(jìn)行振型曲線的繪制。

4 結(jié)束語

本文通過靜載試驗(yàn)以及動(dòng)載試驗(yàn)兩種方式進(jìn)行了橋梁檢測方面的闡述，通過介紹對荷載試驗(yàn)在橋梁檢測方面的應(yīng)用提供一定參考和幫助。