公路橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用分析

摘要：伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也得到了相應(yīng)的提高。社會(huì)中關(guān)于安全方面的問(wèn)題越來(lái)越被重視，安全問(wèn)題不僅關(guān)系到生命安全還有財(cái)產(chǎn)安全。公路橋梁一直以來(lái)都是我國(guó)交通網(wǎng)中的重要部分，隨著我國(guó)公路橋梁的快速建設(shè)，使得我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)在高速發(fā)展，成為了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保障。公路橋梁的使用年限很長(zhǎng)，要面對(duì)的自然環(huán)境因素也很復(fù)雜，加上公路橋梁可能因?yàn)槭┕げ灰?guī)范，導(dǎo)致質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，發(fā)生了越來(lái)越多的公路橋梁事故。因此除了日常的維護(hù)修養(yǎng)之外，為了行車(chē)安全，進(jìn)行定期的檢測(cè)尤為重要，進(jìn)而確保公路橋梁的穩(wěn)定運(yùn)行。本文中我們對(duì)公路橋梁檢測(cè)中的荷載試驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析研究。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;檢測(cè);荷載試驗(yàn);應(yīng)用分析

Application Analysis of Load Test in Highway & Bridge Detection

Zhi-Bo Wang*

China Railway No.9 Group Engineering Testing Co.， Ltd.， Shenyang 110000， Liaoning， China

Abstract： With the rapid development of society and economy， people’s living standards have also improved accordingly. Safety issues in society are becoming more and more important， which is not only related to life safety but also property safety. Highway & bridge have always been an important part of China’s transportation network. With the rapid construction of highway & bridge in China， the rapid development of China’s transportation industry has become a basic guarantee for economic development. The service life of highway & bridge is very long， and the natural environmental factors to be faced are also complicated. In addition， highway & bridge may have problems of substandard quality due to construction irregularities. More and more highway & bridge accidents have occurred. Therefore， in addition to routine maintenance and cultivation， it is particularly important to conduct regular inspections for driving safety， thereby ensuring the stable operation of highway & bridge. In this paper， the author carry out a simple analysis and research on the load test in highway & bridge inspection.

Keywords： Highway & bridge; detection; load test; application analysis

一、前言

由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，對(duì)于基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展也是最好的時(shí)機(jī)，公路橋梁是基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的基本。公路橋梁的質(zhì)量關(guān)系到其承受能力，對(duì)于人們來(lái)說(shuō)直接跟生命財(cái)產(chǎn)安全相關(guān)。通常來(lái)說(shuō)公路橋梁在長(zhǎng)時(shí)間的使用情況下，承載能力會(huì)發(fā)生不同程度的變化，這些變化極有可能進(jìn)一步發(fā)展下去造成重大的安全事故，所以需要定期對(duì)公路橋梁進(jìn)行安全方面的檢查，提高橋梁的安全性。荷載試驗(yàn)是較為理想的檢測(cè)辦法，該試驗(yàn)較為繁瑣且細(xì)致，對(duì)于技術(shù)方面的要求相對(duì)要高一些，同時(shí)還需要其他方面的知識(shí)，通過(guò)荷載試驗(yàn)進(jìn)行的檢查試驗(yàn)具有較高的說(shuō)服力，在各行業(yè)中的認(rèn)可度也較高。荷載試驗(yàn)對(duì)于公路橋梁的受力情況有一個(gè)較為直觀的評(píng)價(jià)，更有利于檢測(cè)公路橋梁的受力性能。

二、荷載試驗(yàn)的分類(lèi)

荷載試驗(yàn)是檢測(cè)公路橋梁質(zhì)量的重要試驗(yàn)方法，能夠客觀可靠的展示結(jié)果。在正常的情況下，荷載試驗(yàn)由靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)兩個(gè)方面的內(nèi)容構(gòu)成。靜載試驗(yàn)主要是增加公路橋梁的靜載，以便更好地檢測(cè)公路橋梁結(jié)構(gòu)，確定荷載試驗(yàn)對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)的影響，檢測(cè)其撓度和應(yīng)變情況[1]。通過(guò)理論值與實(shí)測(cè)值在相似條件下的對(duì)比分析，以結(jié)果數(shù)據(jù)系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)，更可靠地評(píng)價(jià)公路橋梁的實(shí)際情況和承載力。在對(duì)實(shí)際公路橋梁進(jìn)行承載力評(píng)估時(shí)，面對(duì)復(fù)雜的公路橋梁結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行計(jì)算。先建立出模型結(jié)構(gòu)，最后找到問(wèn)題的所在，從而公路的修復(fù)和橋梁的加固提供可靠的保障。

動(dòng)載試驗(yàn)主要是通過(guò)模擬公路橋梁在使用中能夠承受的壓力、沖擊力和共振力。這些力來(lái)自于過(guò)往車(chē)輛和自然環(huán)境等因素，在這種狀態(tài)下檢測(cè)到公路橋梁結(jié)構(gòu)的變化和對(duì)外力的抵抗力[2]。通過(guò)動(dòng)載試驗(yàn)，可以更好地檢測(cè)在用公路橋梁的實(shí)際使用性能，了解公路橋梁的特點(diǎn)，掌握公路橋梁受力情況的變化，合理調(diào)整公路橋梁的使用和承載，保證公路橋梁的安全。

靜載試驗(yàn)可以檢測(cè)橋梁構(gòu)造的工作狀態(tài)和性能。動(dòng)載試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力性能（如表1所示）。

三、荷載試驗(yàn)的目標(biāo)選擇

進(jìn)行荷載試驗(yàn)的目標(biāo)對(duì)象一般都是建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)的老舊橋梁。因?yàn)檫@些公路橋梁投入使用的時(shí)間比較長(zhǎng)，所以這些公路橋梁的相關(guān)數(shù)據(jù)往往丟失或者需要重新監(jiān)測(cè)，最后根據(jù)實(shí)際的信息數(shù)據(jù)對(duì)老舊公路橋梁進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修復(fù)或者加固工作。除此之外某些特殊情況的新建公路橋梁也需要荷載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，例如：第一，設(shè)計(jì)材料和施工材料不足的橋梁;第二，當(dāng)時(shí)施工時(shí)因?yàn)楦鞣N原因造成橋梁質(zhì)量差，最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到規(guī)定要求;第三，公路橋梁在使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的病害，影響承受能力;第四，運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有任何問(wèn)題，施工質(zhì)量良好，資料齊全，但是想要在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行提高公路橋梁的承載能力;第五，采用了新型工藝或者技術(shù)的橋梁，由于新型技術(shù)和工藝的效果沒(méi)有得到應(yīng)有的驗(yàn)證，所以對(duì)它們的檢測(cè)不可或缺[3];第六，針對(duì)特種車(chē)而建造或者改造的特殊公路橋梁。

除了以上所說(shuō)的情況之外，也有部分橋梁由于修復(fù)、改進(jìn)或者加固等特殊原因，甚至是為了驗(yàn)證工程的效果所以需要做檢測(cè)工作，對(duì)公路橋梁進(jìn)行測(cè)試或檢驗(yàn)性質(zhì)的荷載試驗(yàn)。

四、公路橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用

（一）動(dòng)載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

在公路橋梁檢測(cè)中，動(dòng)載試驗(yàn)主要作用是用來(lái)檢測(cè)橋梁在使用過(guò)程中受力的變化情況，從中獲得公路橋梁的相關(guān)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。根據(jù)試驗(yàn)要求的不同，可分把試驗(yàn)內(nèi)容分為沖擊試驗(yàn)、激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)和環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)。

1. 車(chē)輛沖擊試驗(yàn)

車(chē)輛沖擊試驗(yàn)可按照車(chē)輛激勵(lì)方式的不同分為跑車(chē)試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)、跳閘試驗(yàn)。跑車(chē)測(cè)試是指在公路橋上駕駛汽車(chē)，測(cè)試車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中公路橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)和行駛后振動(dòng)衰減狀況，是動(dòng)載試驗(yàn)中檢測(cè)公路橋梁受力強(qiáng)迫振動(dòng)下對(duì)結(jié)構(gòu)和性能試驗(yàn)方法。跳車(chē)試驗(yàn)主要用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛沖擊下公路橋梁結(jié)構(gòu)的變化和沖擊。試驗(yàn)內(nèi)容是在跨越高度大于15cm的跳板后啟動(dòng)試驗(yàn)車(chē)。在這種情況下，測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)的衰減振動(dòng)來(lái)測(cè)量路橋梁，在附加汽車(chē)質(zhì)量情況下的衰減振動(dòng)，確定橋梁的沖擊系數(shù)，從而分析出橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)性質(zhì)。在試驗(yàn)中模擬車(chē)輛的實(shí)際作用，有效的掌握橋梁實(shí)際承受能力更工作特性。

2. 激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)

激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)中需要的儀器多，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)還需要申請(qǐng)專門(mén)的交通中斷，并且試驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，因此該試驗(yàn)很少應(yīng)用在公路橋梁荷載試驗(yàn)中。但是該試驗(yàn)可以激起橋梁的大幅度震動(dòng)，獲得的參數(shù)全面且精度較高，可以更加全面的掌握橋梁動(dòng)力特性，因此激振器強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)于新型橋梁的結(jié)構(gòu)仍然具有特殊的意義。

3. 環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)

環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)試驗(yàn)主要是指在公路橋梁上沒(méi)有車(chē)輛行駛，或其他因素帶來(lái)周期性的干擾力或環(huán)境因素。公路橋梁的激勵(lì)是穩(wěn)定的，經(jīng)歷了寬頻帶隨機(jī)激勵(lì)，以及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的主攜量，從而通過(guò)脈動(dòng)測(cè)試確定結(jié)構(gòu)的固有頻率。環(huán)境脈動(dòng)激勵(lì)輸入與周?chē)?lì)類(lèi)別相關(guān)，不同的激勵(lì)源會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生原因的不同，導(dǎo)致頻帶范圍和幅度大小的不同。比如說(shuō)汽車(chē)引起的脈動(dòng)幅度大小不超過(guò)0.2m/s2，頻帶范圍在0～80Hz;而風(fēng)荷載的頻帶范圍則是0～10Hz。很多橋梁現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境激勵(lì)源難以確定，因?yàn)榭赡軙?huì)存在多個(gè)激勵(lì)源的影響。因此在理論分析中，往往會(huì)把環(huán)境激勵(lì)輸入近似的看作是隨機(jī)噪聲。

（二）靜載試驗(yàn)在公路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

在公路橋梁檢測(cè)中，靜載試驗(yàn)是另一項(xiàng)主要的試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)是公路橋梁的基礎(chǔ)試驗(yàn)，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)而言，其承載能力主要是靜載，橋梁結(jié)構(gòu)所承受的靜載主要來(lái)自橋梁的自重，因此橋梁的靜載能力對(duì)橋梁穩(wěn)定性起著重要的作用[4]。為了保證檢測(cè)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，需要通過(guò)設(shè)置多點(diǎn)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的內(nèi)容相對(duì)較多，必須把所有對(duì)象進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，像所測(cè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定等等，這些性能會(huì)對(duì)工程的正常運(yùn)營(yíng)有著重要的影響。由于對(duì)所有的橋梁全部進(jìn)行檢測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的，所以它所面對(duì)的主要目標(biāo)還是那些出現(xiàn)了不良現(xiàn)象，或者出現(xiàn)不良現(xiàn)象前兆的公路橋梁。通過(guò)對(duì)這些橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)找到問(wèn)題所在，繼而加固橋梁。

1. 靜載試驗(yàn)的準(zhǔn)備階段

靜載試驗(yàn)開(kāi)始前，首先應(yīng)根據(jù)公路橋梁要求的檢測(cè)內(nèi)容和橋梁周?chē)h(huán)境制定合理的試驗(yàn)方案。根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中涉及的細(xì)節(jié)和條件，制定詳細(xì)計(jì)劃、規(guī)范試驗(yàn)所需的設(shè)備和材料。在選擇試驗(yàn)技術(shù)人員和施工人員時(shí)，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)的人員，以確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和安全性。提前做好公路橋梁相關(guān)資料的查閱來(lái)保證在實(shí)驗(yàn)中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)情況有足夠的了解。技術(shù)人員在進(jìn)行公路橋梁試驗(yàn)前，要確定公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)孔的選擇。在進(jìn)行選擇時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)稱的公路橋梁選擇具有代表性的孔進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也應(yīng)該選擇不利點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)[5]。在搭建試驗(yàn)支架和放樣工作中，進(jìn)行公路橋梁靜力試驗(yàn)支架搭建時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況選擇簡(jiǎn)單的搭建辦法，完成搭建工作后進(jìn)行橋梁和加載位置的放樣試驗(yàn)，并且要準(zhǔn)備好照明安全、儀器以及通訊設(shè)施的準(zhǔn)備工作。

2. 進(jìn)行安全準(zhǔn)備

提前針對(duì)可能在靜載試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題。應(yīng)事先采取相應(yīng)的預(yù)防措施，設(shè)置專門(mén)的安全負(fù)責(zé)人，通過(guò)合理布置安全設(shè)施，保證試驗(yàn)過(guò)程中工作人員的安全問(wèn)題。試驗(yàn)計(jì)劃中應(yīng)明確反映安全防范措施和事故應(yīng)急預(yù)案。

3. 確定試驗(yàn)荷載

為了保證試驗(yàn)成功，在試驗(yàn)前試驗(yàn)荷載的確定也是靜載試驗(yàn)的必要準(zhǔn)備。對(duì)試驗(yàn)公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或控制斷面產(chǎn)生的不利值的計(jì)算，總和被視為截面控制的荷載。確定荷載試驗(yàn)時(shí)荷載分布應(yīng)排列整齊合理，以保證試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[6]。在測(cè)試之前要對(duì)荷載進(jìn)行大致預(yù)估，為了保證預(yù)估的準(zhǔn)確性，需要在最不利的情況下進(jìn)行計(jì)算內(nèi)力值，通過(guò)所得數(shù)據(jù)對(duì)荷載進(jìn)行控制，得到對(duì)于的截面內(nèi)力數(shù)據(jù)。這樣通過(guò)控制荷載，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)在可控的情況下完成。實(shí)際加載與設(shè)計(jì)的荷載通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行表達(dá)，一般這個(gè)數(shù)值被限制在0.8～1.0的范圍內(nèi)。

4. 選擇試驗(yàn)的控制截面

一般來(lái)說(shuō)橋梁的檢測(cè)對(duì)象，往往是那些看起來(lái)有問(wèn)題和受力出現(xiàn)不良狀況的目標(biāo)，為了能夠得到它們?cè)陟o載試驗(yàn)情況下的數(shù)據(jù)，有必要針對(duì)不同的情況選擇不同的辦法進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試施工質(zhì)量得不到保證的橋跨和橋墩時(shí)，計(jì)算受力是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，再加上結(jié)構(gòu)類(lèi)型的差異，因此需要選擇不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和截面[7]（如表2所示）。

5. 靜載試驗(yàn)的結(jié)果和分析

對(duì)于靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和整理主要是從理論探索的方向進(jìn)行的，也是對(duì)公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)評(píng)價(jià)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析的過(guò)程。橋梁機(jī)構(gòu)靜載試驗(yàn)計(jì)算有兩個(gè)指標(biāo)：一是有關(guān)規(guī)定的允許值，二是檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比分析，是根據(jù)控制測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。在進(jìn)行公路橋梁的評(píng)價(jià)過(guò)程中，通常都是相關(guān)的系數(shù)來(lái)控制。該系數(shù)是某個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值和理論值之間的對(duì)比值，如果系數(shù)為1的話，那兩者之間相同;如果系數(shù)小于1，說(shuō)明公路橋梁運(yùn)行狀態(tài)良好，并具備一定的安全儲(chǔ)備;但是如果這系統(tǒng)大于1的話，那就說(shuō)明存在問(wèn)題，性能較差或是沒(méi)有安全保證，需要進(jìn)行加固改造[8]（如表3所示）。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，公路橋梁行業(yè)也在不斷壯大。為了保證公路橋梁的運(yùn)營(yíng)安全，確保人們的出現(xiàn)安全，需要加大對(duì)于公路橋梁的檢測(cè)力度。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，公路橋梁的荷載試驗(yàn)工作艱苦又繁瑣，需要檢測(cè)人員具有非常高并且牢固的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，除此之外還要具備提高自身學(xué)習(xí)能力不斷學(xué)習(xí)的意識(shí)，只有這樣才能確保公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)工作的可靠與準(zhǔn)確。

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通訊作者：王智博，男，漢族，1989年1月，就職于中鐵九局集團(tuán)工程檢測(cè)試驗(yàn)有限公司，現(xiàn)為公司橋隧結(jié)構(gòu)室工程師，本科。研究方向：工程實(shí)體檢測(cè)技術(shù)。