論述公路橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)的應(yīng)用

呂品

（江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司，江蘇南京 211500）

0 引言

技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)著我國(guó)公路的建設(shè)，在當(dāng)今公路工程全面開展的時(shí)期，如何實(shí)現(xiàn)公路橋梁工程的保質(zhì)完成，如何對(duì)公路橋梁進(jìn)行檢測(cè)成為現(xiàn)代公路建設(shè)的重點(diǎn)。荷載試驗(yàn)是在進(jìn)行公路橋梁質(zhì)量檢驗(yàn)的過程中最常使用的檢驗(yàn)方式。荷載試驗(yàn)的結(jié)果準(zhǔn)確度高，但是荷載試驗(yàn)運(yùn)用復(fù)雜?；诖?，筆者對(duì)荷載試驗(yàn)進(jìn)行研究，以便更好地被運(yùn)用。

1 荷載試驗(yàn)簡(jiǎn)介

荷載試驗(yàn)法是指在公路橋梁中增加壓力觀察橋梁的狀態(tài)變化情況的一種試驗(yàn)方法。荷載試驗(yàn)法包括靜荷載試驗(yàn)與動(dòng)態(tài)荷載試驗(yàn)兩種方法。相比來說，動(dòng)荷載試驗(yàn)的結(jié)果更加準(zhǔn)確，更能表現(xiàn)出橋梁的真實(shí)承載能力，但是動(dòng)荷載試驗(yàn)的技術(shù)難度大，試驗(yàn)過程復(fù)雜。靜荷載試驗(yàn)的技術(shù)難度較小，主要就是在橋梁上一點(diǎn)點(diǎn)的施加壓力，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化分析得出橋梁的具體承載結(jié)果。靜荷載試驗(yàn)試驗(yàn)比動(dòng)荷載試驗(yàn)試驗(yàn)運(yùn)用的頻率高。檢測(cè)人員在運(yùn)用靜載試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)需要保證檢驗(yàn)的偶然性。檢驗(yàn)要依據(jù)一定的步驟進(jìn)行。在實(shí)后進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化時(shí)可以構(gòu)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)模型，以便試驗(yàn)結(jié)果更直觀地展現(xiàn)出來。一般來說，當(dāng)公路橋梁的結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單時(shí)就不需要通過模型的構(gòu)建來進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)的計(jì)算來觀察數(shù)據(jù)的變化就能夠做到直觀的分析。在進(jìn)行復(fù)雜公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型構(gòu)建的過程中也要注意在不同的情景下對(duì)于模型數(shù)據(jù)的修改，這樣才能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2 荷載試驗(yàn)對(duì)象的選定

并不是所有橋梁都需要通過荷載試驗(yàn)來進(jìn)行檢測(cè)，荷載試驗(yàn)的檢測(cè)對(duì)象主要是一些在施工過程中由于施工人員的不當(dāng)造成工程質(zhì)量不理想的新橋與在橋梁的使用過程中出現(xiàn)問題的老橋。在日常的荷載試驗(yàn)中，最常對(duì)老橋進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)椋奢d試驗(yàn)的運(yùn)用復(fù)雜，新橋本身質(zhì)量沒有問題，不需要如此復(fù)雜的試驗(yàn)來進(jìn)行檢驗(yàn)。而老橋在長(zhǎng)期的使用過程中會(huì)遇到很多突發(fā)情況而造成老橋的承載力的下降，并且經(jīng)過磨損老橋的結(jié)構(gòu)不明顯，在老橋需要修復(fù)與加固時(shí)，運(yùn)用荷載試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)能夠得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，達(dá)到對(duì)老橋進(jìn)行修復(fù)的效果。

3 動(dòng)載試驗(yàn)與靜載試驗(yàn)的應(yīng)用

3.1 動(dòng)載試驗(yàn)的應(yīng)用

3.1.1 動(dòng)載試驗(yàn)方法

動(dòng)載試驗(yàn)方法是一種比較常見的公路橋梁的動(dòng)力荷載試驗(yàn)方法。動(dòng)載試驗(yàn)方法包括三種，分別是測(cè)量橋梁結(jié)構(gòu)衰減情況的跳車試驗(yàn)方法、公路橋梁結(jié)構(gòu)衰退情況分析的跑車試驗(yàn)法和測(cè)試結(jié)構(gòu)本身的振動(dòng)頻率的試驗(yàn)方法。這三種方法試驗(yàn)難度最小的是跑車試驗(yàn)方法，跑車試驗(yàn)方法只需要讓車輛在橋梁上進(jìn)行開過就能對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)衰退狀況進(jìn)行分析。這三種方法中技術(shù)要求最高的是跳車試驗(yàn)，跳車試驗(yàn)需要汽車司機(jī)具有一定的駕車技術(shù)與駕車年限。因?yàn)樾枰噺?5cm 的跳板跨過。三種方法中環(huán)境要求最高的是脈動(dòng)試驗(yàn)，脈動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行的過程中需要對(duì)于來往的車輛進(jìn)行清除，在保證橋梁無載力的情況下進(jìn)行試驗(yàn)。并且脈動(dòng)試驗(yàn)對(duì)天氣的要求也很高，在干燥或者是大風(fēng)的天氣都不適宜脈動(dòng)試驗(yàn)的進(jìn)行。脈動(dòng)試驗(yàn)需要微風(fēng)的作用，因此在日常的試驗(yàn)中，脈動(dòng)試驗(yàn)不常被用到。

3.1.2 分析和測(cè)定動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通常會(huì)使用分析方法確定高速公路橋梁施工的動(dòng)態(tài)性能，并且分析和處理方法有兩種：①頻域分析；②時(shí)域分析。頻域分析主要是指的是對(duì)時(shí)域信號(hào)的相關(guān)的數(shù)字處理，需要改變使用的針，以確定結(jié)構(gòu)及其分布狀況。時(shí)域分析是對(duì)直接過程曲線進(jìn)行分析，從而得出相關(guān)參數(shù)。振動(dòng)模式下，對(duì)影響系數(shù)，自然頻率測(cè)量等，應(yīng)當(dāng)按照有關(guān)圖紙，隨時(shí)間的變化曲線和頻譜圖物理實(shí)驗(yàn)。通過研究基本頻率的組合可以計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛度。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析是簡(jiǎn)單的一種一階頻率分析，只需要測(cè)試結(jié)構(gòu)。但是動(dòng)態(tài)分析是更復(fù)雜的，是需要一階和二階或高階頻率的測(cè)試。通常測(cè)量值小于理論值，表面的實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)在較大的剛度。這樣可以確定橋梁結(jié)構(gòu)的正常狀態(tài)。如果測(cè)試測(cè)量值大于理論計(jì)算值，那么橋的剛度較小，容易開裂。確定阻擋能力，阻擋能力變化和對(duì)數(shù)衰減會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)阻擋的特性?？梢酝ㄟ^使用半功率帶寬計(jì)算功率譜圖的方法，或使用測(cè)試系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析。橋阻率通常是在0.01～0.08。能分析更大的橋梁結(jié)構(gòu)，并且有很強(qiáng)的能量。阻尼太小會(huì)導(dǎo)致橋軸承在異常條件下工作，以及結(jié)構(gòu)性裂縫和其他問題。確定振動(dòng)模式，安裝傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)的不同部位，傳感器的安裝使用共振方法，橋梁結(jié)構(gòu)在振動(dòng)設(shè)備的作用下，發(fā)生共振，記錄每個(gè)地方橋梁結(jié)構(gòu)的振幅和相位，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行振幅和相位的振型曲線繪圖，然后通過繪圖模式曲線對(duì)比。需要注意的是在獲取相關(guān)測(cè)定數(shù)據(jù)之后，需要對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)的真實(shí)性進(jìn)行評(píng)估分析，保證它的實(shí)際內(nèi)容達(dá)到規(guī)范要求。

3.2 靜載試驗(yàn)的應(yīng)用

3.2.1 加載方案的制定

在進(jìn)行靜載試驗(yàn)之前需要對(duì)靜載的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。加載方案的設(shè)計(jì)需要充分考慮在進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的問題，并對(duì)與這些問題有一定的解決方案。一般來說，加載方案需要考慮的問題包括：①橋梁的橋孔的數(shù)量，橋孔是否存在質(zhì)量問題，在長(zhǎng)期的使用后橋孔是否出現(xiàn)缺陷；②橋孔與橋墩的計(jì)算方法是否合適，是否能對(duì)橋孔與橋墩的質(zhì)量做出合理的計(jì)算；③進(jìn)行試驗(yàn)的地點(diǎn)的橋孔與橋墩是否適合搭建一定的儀器；④要注意試驗(yàn)孔與試驗(yàn)墩的設(shè)計(jì)，通過科學(xué)的橋孔與橋墩的位置的合理設(shè)置能夠保證靜載試驗(yàn)的進(jìn)行，能夠保證加載方案的合理性，促進(jìn)施工人員的進(jìn)一步施工。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作開展的過程中，需要保證項(xiàng)目工作的開展，所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備都就緒，并且在該環(huán)節(jié)需要按照實(shí)驗(yàn)方案的內(nèi)容以及要求進(jìn)行工作，從而保證準(zhǔn)備好的設(shè)備能夠及時(shí)對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。值得注意的是，在該環(huán)節(jié)過程中，需要對(duì)相關(guān)產(chǎn)生變化的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，并且記錄使其能夠作為試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)來源。在具體工作開展的過程中，為了能夠保證試驗(yàn)獲取的結(jié)果處于精確性，在正式項(xiàng)目開展之前可以采用試探性試驗(yàn)的方式進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果之后，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)工作，例如在進(jìn)行今后在檢測(cè)工作開展的過程中，需要對(duì)實(shí)際獲取的數(shù)據(jù)與理論評(píng)估值進(jìn)行比較，這樣才能夠?qū)⒄鎸?shí)的實(shí)際情況反映出來，在后續(xù)的加載過程中加大力度對(duì)其進(jìn)行研究，從而提高整體結(jié)果的精確性。

3.2.3 加載與觀測(cè)

①觀察項(xiàng)目。橋梁結(jié)構(gòu)的最大撓度、應(yīng)力條件下，橋的裂縫主要是觀測(cè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。橋梁受沖擊載荷的影響，可以分為兩個(gè)版本，一個(gè)是整體變形，這是橋的整體結(jié)構(gòu)狀況的反映；另一個(gè)原因是部分修改，這是反映在部分橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在滿足測(cè)試要求的計(jì)量點(diǎn)的選擇和安排上測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的前提下，適合于測(cè)量點(diǎn)數(shù)，測(cè)點(diǎn)必須強(qiáng)烈表示現(xiàn)實(shí)狀況。能夠滿足計(jì)算分析的需要；②選擇實(shí)驗(yàn)室儀器和觀測(cè)的方法。通過不同的接觸測(cè)量，光學(xué)測(cè)量?jī)x器使用，經(jīng)緯儀、平整和精確的全站儀的使用能夠做到有效觀測(cè)。有兩種方法來測(cè)量位移量。測(cè)量電接觸測(cè)量方法通過測(cè)量機(jī)進(jìn)行儀表偏轉(zhuǎn)，一般來說，千分表和位移傳感器是常用的測(cè)量?jī)x器。此外，還有兩種形式的應(yīng)變測(cè)量，一個(gè)是不確定的主應(yīng)力方向，即為執(zhí)行三個(gè)方向提供了測(cè)試點(diǎn)，而應(yīng)變儀、應(yīng)變儀鋼為主要的測(cè)量?jī)x器。另一個(gè)是通過主應(yīng)力方向的應(yīng)變儀的提供來沿主應(yīng)力方向分析。裂縫測(cè)量通常為視覺測(cè)量，需要使用相同的時(shí)間尺度放大鏡幫助；③分析和總結(jié)。一般理論探索從一個(gè)方向來分析和組織靜載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，橋梁結(jié)構(gòu)估計(jì)靜載荷試驗(yàn)常用的指標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是允許實(shí)際值的比較分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)定的價(jià)值然后根據(jù)解釋明確橋梁結(jié)構(gòu)的狀況。另一個(gè)是一個(gè)理論值和實(shí)際值的比較分析測(cè)量，將決定這個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的性能。

4 結(jié)語(yǔ)

在技術(shù)發(fā)展的今天，對(duì)舊橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)ζ淙毕莶糠诌M(jìn)行及時(shí)修復(fù)。并且荷載試驗(yàn)還能夠?yàn)榕f橋梁的進(jìn)一步優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)然，目前的荷載試驗(yàn)還沒有達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的效果，在通過進(jìn)一步的探討，通過對(duì)于試驗(yàn)方案的優(yōu)化能夠提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)達(dá)到對(duì)于舊橋梁的維護(hù)，同時(shí)能夠讓存在問題的新橋梁?jiǎn)栴}得到快速的解決。橋梁荷載試驗(yàn)在推動(dòng)橋梁優(yōu)化的同時(shí)，減少因公路橋梁的重復(fù)建設(shè)而產(chǎn)生的費(fèi)用，公路工程建設(shè)高速發(fā)展的今天需要荷載試驗(yàn)支撐其發(fā)展的步伐。