公路橋梁荷載試驗(yàn)過程控制要點(diǎn)分析

蹇鋼

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

隨著基礎(chǔ)建設(shè)工程數(shù)量的不斷增加，我國公路橋梁工程建設(shè)規(guī)模越來越大，而一些早期建設(shè)的公路橋梁逐漸進(jìn)入老齡化階段，因此必須開展荷載試驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量檢查，進(jìn)而采用科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)措施對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證早期公路橋梁的運(yùn)輸服務(wù)功能不受影響。通過荷載試驗(yàn)，可以對公路橋梁的承載能力進(jìn)行分析與檢查，這是我國現(xiàn)階段保證公路橋梁質(zhì)量，維護(hù)交通行業(yè)運(yùn)輸安全的關(guān)鍵措施與重要手段。

1 需要開展荷載試驗(yàn)的公路橋梁

首先，需要對一些新建的大跨度公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。由于這類公路橋梁承擔(dān)的應(yīng)力較大，且使用了全新的建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料和建筑工藝，因此有必要通過荷載試驗(yàn)來分析其荷載能力。其次，需要對通行特種車輛的新舊公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。由于這類公路橋梁需要承載重量大的特種車輛，為了確保公路橋梁的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，需要分析日常使用期間的最大荷載量，開展公路橋梁荷載試驗(yàn)。再次，需要對剛剛修復(fù)、改建的舊公路橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)。為了驗(yàn)證修復(fù)、改建后公路橋梁的效果和質(zhì)量，需要進(jìn)行驗(yàn)收和等級鑒定，分析并確認(rèn)公路橋梁的荷載能力。最后，對于年久失修，缺乏以往設(shè)計、施工數(shù)據(jù)的舊公路橋梁，為了更好地判斷其是否能承載對應(yīng)的荷載要求，也需要開展荷載試驗(yàn)工作[1]。

2 荷載試驗(yàn)種類

公路橋梁荷載試驗(yàn)主要分為兩種類型，分別是靜載試驗(yàn)與動載試驗(yàn)。

2.1 靜載試驗(yàn)

首先，靜載試驗(yàn)的主要對象是針對一些外觀檢測發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量較差，并且存在明確施工缺陷的公路橋梁。在開展靜載試驗(yàn)的過程中，需要對不同的橋梁類型進(jìn)行分析，以選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸绞?。例如，對于簡支梁結(jié)構(gòu)的橋梁，主要是檢測主梁跨中截面正彎矩、撓度或梁端斜截面剪力。對于連續(xù)梁的梁橋結(jié)構(gòu)，需要檢測截面彎矩及剪力，查看撓度是否適中。對于懸臂梁的橋梁結(jié)構(gòu)，需要檢測截面、負(fù)彎矩以及梁端剪力等，查看撓度與彎矩是否符合要求。至于目前比較常見的鋼架橋，則需要檢測截面以及撓度變化量等。

其次，進(jìn)行靜載試驗(yàn)之前，需要確定試驗(yàn)的荷載量。第一，要對公路橋梁結(jié)構(gòu)或設(shè)計中荷載最低的數(shù)值進(jìn)行計算。

第二，根據(jù)荷載規(guī)范和實(shí)際使用情況，確定適當(dāng)?shù)暮奢d組合。常見的荷載包括自重荷載、活載（如車輛、行人）、溫度荷載、風(fēng)荷載等。荷載組合的確定需根據(jù)橋梁設(shè)計需求，以及可能出現(xiàn)的不同工況進(jìn)行估算。

第三，為確保試驗(yàn)過程中橋梁的安全性，通常會在設(shè)計荷載的基礎(chǔ)上增設(shè)安全系數(shù)。這樣可以在試驗(yàn)過程中模擬實(shí)際使用情況下的額外荷載，確保橋梁在試驗(yàn)期間不會出現(xiàn)失穩(wěn)或破壞[2]。

基于以上分析和計算結(jié)果，制訂具體的荷載試驗(yàn)方案，包括施加荷載的位置、大小、持續(xù)時間等。圖1為橋梁開展靜載試驗(yàn)的示意圖。

圖1 橋梁靜載試驗(yàn)示意圖（單位：cm）

在圖1 所示的橋梁靜載試驗(yàn)過程中，分別針對不同的項目進(jìn)行試驗(yàn)檢測。

最后，需要分析評價靜載試驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中，主要的評價指標(biāo)設(shè)定為校驗(yàn)系數(shù)n。通常情況下，校驗(yàn)系數(shù)n 是固定的，也就是靜載試驗(yàn)值與理論計算值的比值是基本固定的。如果n=1，說明靜載試驗(yàn)值與理論計算值完全符合；如果n＜1，說明公路橋梁結(jié)構(gòu)性能較好，且存在安全余量；如果n＞1，則說明公路橋梁工作性能較差。不同的公路橋梁結(jié)構(gòu)具有不同的校驗(yàn)系數(shù)，例如，性能達(dá)標(biāo)的鋼筋混凝土板橋應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)為0.2～0.4，撓度校驗(yàn)系數(shù)應(yīng)為0.2～0.5。此外，生活中較為常見的鋼筋混凝土梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋等公路橋梁結(jié)構(gòu)，這兩項數(shù)據(jù)各不相同。

2.2 動載試驗(yàn)

為了分析公路橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能，需要考慮公路橋梁的動力特性，這是一種重要的評判方式。在實(shí)際使用過程中，車輛通行和風(fēng)力等動力會導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生微小的振動，抵抗振動的能力就是動力特性。動載試驗(yàn)可以對橋梁的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。通過對橋梁振動頻率和振動方式進(jìn)行考量，可以更加準(zhǔn)確地識別出橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生的各種損傷情況。與靜載試驗(yàn)相比，動載試驗(yàn)?zāi)芨訙?zhǔn)確地把握橋梁當(dāng)前的實(shí)際性能狀態(tài)。但是，目前的技術(shù)僅能對橋梁振動頻率進(jìn)行檢測，難以準(zhǔn)確測量橋梁的振動方式。

公路橋梁動載試驗(yàn)主要分為以下三種方式：環(huán)境脈動激勵試驗(yàn)、車輛沖擊試驗(yàn)和激振器強(qiáng)迫振動試驗(yàn)[3]。

2.2.1 環(huán)境脈動激勵試驗(yàn)

環(huán)境脈動激勵試驗(yàn)與附近的激勵源類別及特性之間有著緊密的聯(lián)系。不同的激勵源產(chǎn)生的頻帶范圍和頻率幅度各不相同。例如，由于車輛交通引發(fā)的振動，幅度通常不會超過0.2m/s，頻帶范圍在80Hz 以下，而風(fēng)荷載帶來的頻帶范圍則處于10Hz 以下。不同荷載帶來的影響會隨著橋梁所處位置的不同而發(fā)生變化，與諸多影響因素緊密相連。因此，在分析過程中，可以將環(huán)境脈動激勵信號簡化為隨機(jī)白噪聲。這樣可以對結(jié)構(gòu)在環(huán)境隨機(jī)脈動激勵下產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行分析，以得到結(jié)構(gòu)的頻率、振動類型和阻尼大小等。這種試驗(yàn)方式無需大型設(shè)備就能夠起到檢測效果，在一些超大跨度橋梁結(jié)構(gòu)檢測方面有重要價值。

2.2.2 車輛沖擊試驗(yàn)

車輛沖擊試驗(yàn)可按車輛激勵方式進(jìn)行劃分，分為跑車試驗(yàn)、制動試驗(yàn)和跳車試驗(yàn)。在公路橋梁運(yùn)行過程中，車輛荷載是主要荷載之一。在試驗(yàn)中模擬車輛對公路橋梁造成的各種行為影響，能夠更好地把握公路橋梁的實(shí)際承載能力和工作水平。公路橋梁的工作質(zhì)量主要取決于車輛與橋梁之間發(fā)生的反應(yīng)，彼此之間的機(jī)理相對較為復(fù)雜，通過沖擊試驗(yàn)，能夠直接呈現(xiàn)出結(jié)果，省略計算過程[4]。圖2 為某大橋車輛沖擊試驗(yàn)現(xiàn)場情況。

圖2 車輛沖擊試驗(yàn)

2.2.3 激振器強(qiáng)迫振動試驗(yàn)

激振器強(qiáng)迫振動試驗(yàn)需要的儀器數(shù)量比較多，并且在試驗(yàn)過程中禁止車輛通行。同時，激振器強(qiáng)迫振動試驗(yàn)需要的周期也比較長，因此這一檢測方式通常應(yīng)用于新橋梁試運(yùn)行期間。激振器強(qiáng)迫振動試驗(yàn)是通過運(yùn)作激振器引發(fā)橋梁的大幅度振動，其檢測的參數(shù)往往較為全面，檢測精確度也比較高，使用這種方式能夠更加準(zhǔn)確地把握橋梁的動力特征。這種檢測技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固可起到促進(jìn)作用。

3 公路橋梁荷載試驗(yàn)控制要點(diǎn)

無論進(jìn)行靜載試驗(yàn)還是動載試驗(yàn)，都包括三個步驟：首先要準(zhǔn)備試驗(yàn)，完成相應(yīng)的處理工作；其次是推進(jìn)試驗(yàn)；最后是進(jìn)行試驗(yàn)后期的有效控制。接下來對這三個方面展開研究，討論試驗(yàn)要點(diǎn)。

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備階段控制要點(diǎn)

試驗(yàn)方案的合理性與完善程度關(guān)系到是否能展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的整體性能。此外，合適的加載工況可以極大地提升現(xiàn)場試驗(yàn)檢測效率。試驗(yàn)前需對橋梁的設(shè)計方案、設(shè)計圖紙、工程資料進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況、環(huán)境、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行考量。確定試驗(yàn)方案后，現(xiàn)場施工人員可根據(jù)方案對施工點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整與測試[5]。

由于荷載試驗(yàn)需要使用車輛來模擬荷載，必須提前與加載車輛進(jìn)行聯(lián)系，避免影響試驗(yàn)的順利開展。若公路橋梁的交通流量較大，需與當(dāng)?shù)亟煌ü芾聿块T及時溝通，制訂導(dǎo)行方案，避免造成嚴(yán)重?fù)矶隆Ｈ粼谝雇砘驕囟容^低的環(huán)境下進(jìn)行荷載試驗(yàn)，需準(zhǔn)備照明設(shè)備與保溫設(shè)備，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。此外，試驗(yàn)過程中需對使用的所有設(shè)備進(jìn)行連接與測試，以確保設(shè)備狀態(tài)良好且電源充足，可隨時投入使用[6]。

在荷載試驗(yàn)正式開始前，需結(jié)合安全施工基本要求，對試驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與完善，確保準(zhǔn)備工作的全面性和完善性。針對突發(fā)情況，需積極分析，制訂合理的工作模式與方案，這對試驗(yàn)的順利開展具有重要意義。

3.2 試驗(yàn)測試階段控制要點(diǎn)

完成試驗(yàn)準(zhǔn)備工作后，進(jìn)入現(xiàn)場測試環(huán)節(jié)。在現(xiàn)場指揮過程中，涉及眾多工作人員及不同工種，因此需保證人員間的及時溝通與協(xié)調(diào)，服從統(tǒng)籌安排。試驗(yàn)期間，合理的指揮與分工對提高工作效率至關(guān)重要。尤其在大跨度橋梁檢測過程中，檢測時間較長，明確各自的任務(wù)能保證工作順利進(jìn)行。

試驗(yàn)過程中，需按照試驗(yàn)環(huán)節(jié)的重要工作內(nèi)容，將不同工作環(huán)節(jié)的責(zé)任劃分給不同的工作人員?，F(xiàn)場工作人員要充分交流、及時溝通，了解自己承擔(dān)的項目及任務(wù)。這樣可以更輕松地開展試驗(yàn)，處理各項工作方案，對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，完成理論數(shù)據(jù)的對比分析，對異常數(shù)據(jù)或情況及時做出判斷與調(diào)整，提升檢測效率。此外，現(xiàn)場工作人員還要對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行及時記錄，以保證數(shù)據(jù)的完整性[7]。

3.3 試驗(yàn)后期控制要點(diǎn)

完成檢測任務(wù)后，荷載試驗(yàn)工作尚未結(jié)束，需對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌分析，出具荷載試驗(yàn)報告，得出科學(xué)完善的公路橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)論。這一過程中，工作人員需充分檢查數(shù)據(jù)是否合理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，以便得出最客觀的數(shù)據(jù)報告內(nèi)容，對橋梁的性能進(jìn)行總結(jié)和評價，這對公路橋梁荷載能力的評估具有重要意義。

首先，需要對試驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

其次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對橋梁結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評估，判斷其是否符合設(shè)計要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

再次，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，對橋梁損傷進(jìn)行檢測和評估，及時發(fā)現(xiàn)并處理可能存在的缺陷和損傷。除此之外，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬，深入分析荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，了解橋梁在不同工況下的受力特點(diǎn)和變形情況。

最后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)構(gòu)評估結(jié)果，對橋梁的承載能力進(jìn)行評估，并提出必要的加固設(shè)計方案，以確保橋梁的安全運(yùn)行。另外，總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，編寫詳細(xì)的技術(shù)報告，對橋梁結(jié)構(gòu)的問題和改進(jìn)方向提出專業(yè)建議，為后續(xù)的工程實(shí)施提供依據(jù)。

4 結(jié)語

公路橋梁荷載試驗(yàn)是一項較為復(fù)雜的工作，且對精細(xì)化要求比較高，無論是荷載試驗(yàn)的準(zhǔn)備還是實(shí)際開展荷載試驗(yàn)的流程，都需要得到優(yōu)化與改進(jìn)，工作人員要具備完善的理論知識以及豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，以更高效地完成荷載試驗(yàn)工作，為公路橋梁的安全性做出實(shí)際貢獻(xiàn)。