橋梁靜動載試驗檢測方法的應(yīng)用技術(shù)分析

邱愉明

摘 要：橋梁結(jié)構(gòu)除了會受到自然因素的影響還會受到人為因素的影響，橋梁結(jié)構(gòu)的安全性一直重點關(guān)注的問題，加強(qiáng)對橋梁的檢測目前已經(jīng)成為了重要的研究課題。為此針對橋梁的檢測，文章首先分析了對其進(jìn)行研究的必要性，然后簡單介紹了橋梁的外觀檢測內(nèi)容及常用的橋梁檢測技術(shù)，最后文章著重對橋梁的靜載試驗和動載試驗檢測進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：橋梁;靜力荷載;動力荷載;試驗檢測

中圖分類號：U446.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

時代發(fā)展的過程中，科學(xué)技術(shù)水平也在隨之逐步提高，人民對于生活質(zhì)量以及生活環(huán)境也就提出了更高的要求。公路建設(shè)一直是我國的重點建設(shè)行業(yè)，橋梁作為道路的一部分，是公路建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點，也是安全出行的重要保障。由于橋梁工程長期暴露于外部環(huán)境中，其結(jié)構(gòu)會受到自然環(huán)境及人為因素等多方面的影響[1]。同時由于汽車的數(shù)量在不斷的增長，車輛的載重也在不斷的提高，所以也就會對道路的運(yùn)輸能力提出更高的要求。車輛數(shù)量與載重的加大也就會加速橋梁構(gòu)件與材料損壞，橋梁的承載能力也會隨之降低、運(yùn)營時間縮短，橋梁的安全受到威脅。因此就需要對橋梁進(jìn)行檢測，對橋梁的實際狀況進(jìn)行綜合、正確的評定，掌握橋梁在使用過程中的實際工作狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的安全問題進(jìn)行檢查。我國目前已經(jīng)意識到了橋梁檢測的重要性，加大了對橋梁檢測技術(shù)以及檢測設(shè)備的研究，同時著手制定完善相關(guān)的規(guī)范，建立起健康監(jiān)測系統(tǒng)，對橋梁展開檢查和養(yǎng)護(hù)[2]。

1 橋梁外觀檢查與常用檢測方法

1.1 橋梁外觀檢查

橋梁需要檢測的項目眾多，而橋梁外觀檢查和荷載試驗則是其中最為重要的兩個部分。通過對橋梁進(jìn)行檢測，能夠評估橋梁的安全系數(shù)，判斷運(yùn)輸量能否滿足要求，與此同時還能對橋梁的養(yǎng)護(hù)以及維修提出更為合理科學(xué)的建議，從而提高其耐久性及運(yùn)營時間。對橋梁運(yùn)行狀況及工作性能進(jìn)行了解，首先需要對外觀進(jìn)行檢查，對橋梁的受損情況先進(jìn)行簡單、快速、初步的判斷，之后再對關(guān)鍵的部位與結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點檢測[3]。橋梁的檢查需要具有系統(tǒng)性，檢查的過程需要有次序，檢查時要分部位進(jìn)行。目前主要將外觀檢查分為橋面系、上部結(jié)構(gòu)以及下部結(jié)構(gòu)三個部分。橋梁的外觀檢查內(nèi)容如下圖1所示。

在橋梁外觀檢查中，首先需要觀察橋面是否存在裂縫、滲漏水的情況，以及橋面的破損程度、出現(xiàn)的病害。在檢查的過程首先需要判斷橋面鋪裝的類型，混凝土橋面和瀝青橋面之間所存在的病害差別也較大。之后是對伸縮縫的檢查，通常采用目測的方法，觀察伸縮縫的破損、變形、脫落以及漏水程度。伸縮縫受到破壞，其中主要的原因就是錨固件損壞、伸縮縫自身受到破壞以及接頭部分的填筑材料不平整。然后需要對排水設(shè)施的完好程度進(jìn)行檢查，橋面排水設(shè)施一旦損壞就會導(dǎo)致路面形成大量的積水，一方面會在下雨時引起車輛滑移，另外一方面還會影響橋梁的耐久性。最后則是檢查人行道與護(hù)欄是否有損壞，連接處是否有掉落。上部結(jié)構(gòu)的檢查主要是針對非正常變形、震動、擺動的觀測。

1.2 橋梁檢測常用方法

橋梁的檢測目前常用的方法包括了無損檢測、半損檢測、綜合檢查以及荷載試驗。針對混凝土強(qiáng)度及內(nèi)部缺陷的檢測主要應(yīng)用無損檢測法、半損檢測法以及綜合檢測法。無損檢測法對橋梁的損傷很小可以忽略不計，主要是通過運(yùn)用聲、溫、光、磁以及射線等方式來對橋梁進(jìn)行檢測，評估混凝土強(qiáng)度、碳化深度以及內(nèi)部鋼筋的銹蝕程度[4]。其中混凝土強(qiáng)度的無損檢測主要是通過回彈法以及超聲-回彈綜合法進(jìn)行檢測。碳化深度則是應(yīng)用酸堿指示劑來測定，通過在測區(qū)鑿出小孔，滴入試劑，根據(jù)實際試劑顏色的變化對碳化的深度進(jìn)行判斷。鋼筋的銹蝕則主要是運(yùn)用了電化學(xué)的測定手段，根據(jù)鋼筋銹蝕電流與混凝土的電阻率來反映出混凝土的導(dǎo)電性，進(jìn)而對鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行評估。通常而言，所表現(xiàn)的電阻率越大，鋼筋銹蝕的速度也就會越慢。幾種檢測方法相比較而言，荷載試驗法能夠更加客觀的對橋梁的真實情況作出評估。荷載試驗分為動載試驗和靜載試驗兩種形式，需要根據(jù)橋梁的實際狀況以及要檢測的內(nèi)容來選擇荷載方式。靜載試驗首先需要選定檢測位置，在固定的位置處通過施加靜荷載得到靜應(yīng)變、位移以及裂縫等數(shù)據(jù)。通過靜載試驗?zāi)軌驅(qū)蛄旱脑O(shè)計以及施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗，對橋梁的設(shè)計理論以及計算方法進(jìn)行驗證。而動載試驗施加的動力荷載，對橋梁所受到的沖擊力以及振動影響作出評估，檢測橋梁的振動參數(shù)以及動力特性。

2 靜載試驗

橋梁的靜荷載試驗是在橋梁特定的部位進(jìn)行，通過施加靜荷載從而獲得橋梁結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、位移以及裂縫等參數(shù)，對橋梁的運(yùn)行狀況和承載能力做出分析。進(jìn)行靜載試驗，首先需要對橋梁的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，為試驗提前做好準(zhǔn)備工作。這個過程需要收集橋梁的設(shè)計資料，分析計算相關(guān)理論，制定試驗計劃，試驗前現(xiàn)場工作準(zhǔn)備。之后則是對橋梁的加載以及卸載，該步驟是整個試驗過程的核心步驟，通過對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載來記錄其撓度和應(yīng)變等。最后一步則是對試驗結(jié)果以及靜載下的模型進(jìn)行計算分析。

靜載試驗選擇的過程中需要考慮到所選擇對象的受力狀態(tài)是最不利情況下的橋跨，且受損較為嚴(yán)重，同時還需要方便安裝腳手架、布設(shè)測點、安全進(jìn)行加載試驗并觀測。內(nèi)力峰值通常都會出現(xiàn)在控制截面處，因此這也是靜載試驗中需要著重觀察的位置。對于連續(xù)梁橋控制截面通常選在中跨跨中、中支點、近中支點的邊跨跨中。測點的布設(shè)位置需要能夠方便操作，通常選在橋梁結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)變以及撓度處。對于加載的設(shè)備常用的就是重載汽車、重物加載以及專用加力架。在加載和卸載的過程中需要分級遞加或者遞減，在正式進(jìn)行加載之前，首先需要進(jìn)行預(yù)加載，通過預(yù)加載來對試驗儀器進(jìn)行調(diào)試，排除加載過程中可能存在的問題。而面對橋梁病害較為嚴(yán)重的情況，靜荷載在加載的過程中應(yīng)當(dāng)盡可能的減少荷載的增加幅度。

根據(jù)荷載試驗?zāi)軌虻玫较嚓P(guān)的實測值，而進(jìn)行數(shù)值模擬能夠得到相關(guān)的模擬數(shù)值，將兩項數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而能夠?qū)蛄旱墓ぷ鳡顟B(tài)和性能進(jìn)行簡要的分析。將試驗荷載作用下測量的彈性變位（或應(yīng)力）值與模型在試驗荷載作用下所計算出的變位（或應(yīng)力）值的比值作為該測點的效應(yīng)校驗系數(shù)，當(dāng)該系數(shù)等于1時，說明實測值與模型的計算值較為符合;當(dāng)該系數(shù)小于1時，說明橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能較好;而當(dāng)該系數(shù)大于1時，則說明該橋梁的工作性能較差，安全性較低。

3 動載試驗

橋梁除了會受到恒載作用，此外還會受到動荷載的作用，其中主要包括了車輛荷載以及人群荷載、風(fēng)荷載、環(huán)境因素影響等，其中影響最為頻繁的因素是車輛荷載。因此在橋梁的設(shè)計、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等各個階段都需要進(jìn)行動載試驗進(jìn)行驗證評估。

所謂的動載試驗，首先需要應(yīng)用特殊的辦法來引起橋梁產(chǎn)生振動，之后再通過儀器對橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、加速度、動撓度、阻尼比等進(jìn)行測定，從宏觀的角度對橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況作出判定。與靜載試驗相似，動載試驗也需要經(jīng)過試驗準(zhǔn)備、進(jìn)行試驗以及對比總結(jié)三個階段。橋梁進(jìn)行動載試驗的檢測原理如圖2所示。

自振、強(qiáng)迫振動與脈動是橋梁激振最為常用的方式。自振法加卸載過程較為突然，橋梁本身也會因此產(chǎn)生具有阻尼的自由衰減振動，通過此種方式獲取橋梁衰減振動曲線。與自振法不同，強(qiáng)迫振動法是通過對橋梁施加不同振動頻率的激振力，引發(fā)橋梁產(chǎn)生不同的強(qiáng)迫振動，進(jìn)而評判橋梁的動力特性。脈動法需要借助相關(guān)儀器來獲取橋梁的脈動圖，通過脈動圖來分析橋梁的結(jié)構(gòu)特性。動載試驗之前也需要進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備工作，封閉橋梁，減少車輛、人員等因素對試驗產(chǎn)生影響與干擾。車輛會對橋梁產(chǎn)生動態(tài)形式的作用力，在這個過程中橋梁也會因此受到靜應(yīng)力與動應(yīng)力的綜合作用。

4 結(jié)語

綜上，橋梁檢測在橋梁運(yùn)營及維護(hù)的過程中有著十分重要的作用，能夠及時的對橋梁的運(yùn)營狀態(tài)做出評估，減小了安全隱患。文章對橋梁檢測的必要性進(jìn)行了簡要的闡述，同時介紹了橋梁外觀檢查的方法和常用的檢測技術(shù)，最后分別從靜載試驗和動載試驗對橋梁檢測進(jìn)行了重點分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]咸勝城.橋梁靜動載試驗檢測方法的應(yīng)用技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2016（36）：329.

[2]王云峰.在役預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的靜動載檢測研究[D].安徽理工大學(xué)，2018.

[3]查日葵.橋梁靜動載試驗檢測分析[J].安徽建筑，2019

（12）：217-218.

[4]史彩坤.動載試驗在高速公路橋梁檢測中的運(yùn)用[J].工程技術(shù)研究，2018（2）：41-42.