橋梁檢測中荷載試驗應(yīng)用分析

黃靈色

（江西省公路工程檢測中心，江西南昌 330013）

0 引言

隨著我國現(xiàn)代經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)加速，交通運輸行業(yè)也得到了迅速發(fā)展。作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，橋梁建設(shè)數(shù)量及規(guī)模不斷提升。為保證橋梁工程的使用安全性，避免后續(xù)使用中出現(xiàn)安全事故，必須采用先進的檢測技術(shù)對橋梁的健康狀況進行檢測，以全面掌握公路橋梁的各方面性能，為橋梁的管理和維護工作提供可靠參考。

1 橋梁檢測中荷載試驗的作用

1.1 評估承載能力

荷載試驗是評估橋梁承載能力的一種重要手段。在試驗過程中，通過施加不同類型和強度的荷載模擬橋梁在實際使用條件下的工作狀態(tài)，通過觀測和記錄荷載試驗過程中的橋梁變形、應(yīng)力和撓度等參數(shù)，可以確定橋梁的極限承載能力，將之與設(shè)計參數(shù)進行比較分析，可以有效評估橋梁的承載能力。

1.2 驗證設(shè)計參數(shù)

荷載試驗還可以驗證橋梁設(shè)計參數(shù)的準確性和合理性，評估橋梁在實際荷載作用下的變形和應(yīng)力響應(yīng)是否符合設(shè)計要求。通過施加不同類型和強度的荷載，可以模擬橋梁在使用過程中承受的各種力的作用，如行車荷載、風荷載、溫度荷載等。測量和檢測橋梁的變形、應(yīng)變和應(yīng)力，可以判斷橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。如果試驗結(jié)果與設(shè)計參數(shù)存在較大差異，可能需要對設(shè)計進行修正或調(diào)整，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

荷載試驗的結(jié)果還可用于評估橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)可靠性，并為后續(xù)的維護和修復(fù)工作提供參考依據(jù)[1]。

1.3 檢測結(jié)構(gòu)問題

荷載試驗在橋梁檢測中起到重要的作用，可以幫助相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)中的缺陷、損傷和變形等問題。通過施加荷載并觀察橋梁的變形情況，可以發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題。例如，將荷載施加到橋梁上，如果有裂縫出現(xiàn)，意味著結(jié)構(gòu)可能存在缺陷或損傷。荷載試驗還可以觀察橋梁的變形情況，如果變形超出允許范圍或不均勻變形，表明橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計或施工可能存在問題。

此外，荷載試驗還能檢測橋梁的荷載傳遞性能，了解荷載在橋梁結(jié)構(gòu)中的分布情況，以及橋梁不同部位受力的差異性。通過及早發(fā)現(xiàn)和識別這些問題，可以采取相應(yīng)的維修和加固措施，防止問題進一步惡化，確保橋梁安全運行，延長其使用壽命。

2 靜載試驗與動載試驗

2.1 靜載試驗

橋梁結(jié)構(gòu)的變形可分為整體變形和局部變形兩種。整體變形通常表現(xiàn)為橋梁主梁結(jié)構(gòu)的撓度不足或梁體結(jié)構(gòu)發(fā)生位移變化；局部變形一般是局部應(yīng)力和應(yīng)變作用引起的。靜載試驗是橋梁荷載試驗的重要組成部分，可以評估橋梁結(jié)構(gòu)的運行性能和狀態(tài)，可獲取橋梁的牢固、沉降、強度等方面的參數(shù)，相關(guān)人員可通過對比靜載試驗結(jié)果與橋梁設(shè)計方案，確定橋梁質(zhì)量是否達到標準要求。

通過靜載試驗進行兩端位移檢測時，為了提高檢測結(jié)果的準確性，通常選用機械法或電測法[2]。選擇檢測方法時，需要根據(jù)不同橋梁工程的特點，結(jié)合橋梁的跨度、荷載、承載性能等，明確具體的檢測方法和標準，進而獲得準確的參數(shù)。測量橋梁應(yīng)變參數(shù)時，需要使用多種檢測儀器，如振弦式應(yīng)變計、電阻應(yīng)變儀等。按照目前我國公路橋梁荷載試驗的標準要求，荷載效率在0.95～1.05 之間，方可視為合格。目前，橋梁檢測中常用的靜載試驗方法都比較簡單，按照規(guī)定程序操作即可準確獲取靜載試驗參數(shù)，并對橋梁的性能進行判定。

2.2 動載試驗

動載試驗是橋梁荷載試驗的另一種重要方式，主要方法是使橋梁處于動態(tài)荷載耦合效應(yīng)之下，進而通過試驗分析，得出沖擊系數(shù)、自振力、動力特性等方面的指標。

在沖擊系數(shù)檢測環(huán)節(jié)，主要通過動應(yīng)變和動撓度檢測方法，掌握波形變化的數(shù)據(jù)信息。動撓度可以反映出整個橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，動應(yīng)變則能反映出動力性能情況，以掌握實際運行的狀況。

通過自振力檢測可以獲取振動頻率、阻尼比、振動形式等方面的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)可以得出橋梁結(jié)構(gòu)的振動特性，進而得出結(jié)構(gòu)剛度情況。進行自振力參數(shù)檢測時，需要確保橋梁處于非運營狀態(tài)，且周邊不會有影響監(jiān)測效果的相應(yīng)因素。

由于不同橋梁的結(jié)構(gòu)形式不同，因此在測量過程中，振動所形成的加速度也會有差異。在具體檢測環(huán)節(jié)，技術(shù)人員可通過加速度傳感器采集加速度數(shù)據(jù)，然后將各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，通過分析各項數(shù)據(jù)，即可了解橋梁的運行性能。在檢測過程中，通過加速度傳感器進行傳感器位移、時程、曲線數(shù)據(jù)等測量，能夠獲得各項數(shù)據(jù)信息，進而可以掌握位移量、加速度、振幅的最大值等。利用功率譜、相位譜等分析振動信號可以得出各項檢測結(jié)論，提高分析結(jié)果的精確性[3]。

3 公路橋梁檢測中荷載試驗的應(yīng)用

3.1 靜載試驗具體應(yīng)用

靜載試驗是橋梁工程檢測的重要試驗方法之一，可以對某些特定部位的變化以及受力情況進行試驗分析，掌握橋梁是否可以滿足正常使用的需要。具體應(yīng)用如下：將靜載荷直接固定到需要檢測的部位上，可以掌握公路橋梁結(jié)構(gòu)以及受力條件的變化，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，掌握實時數(shù)據(jù)參數(shù)，進而分析橋梁的運行性能、結(jié)構(gòu)特性等。目前，在橋梁工程質(zhì)量檢測中，靜載試驗方法的應(yīng)用非常普遍，主要目的是確定橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能。通過考慮靜荷載重量以及橋梁自身重量，進行試驗分析，檢測結(jié)束后進行各項數(shù)據(jù)的綜合分析，進而掌握橋梁結(jié)構(gòu)當前的運行狀態(tài)，從而采取必要的養(yǎng)護措施，以保證橋梁的安全性和穩(wěn)定性符合工程要求。

3.1.1 確定最佳靜載試驗方案

為了提高橋梁工程檢測效果，需要在試驗前對橋梁進行全面勘察，并綜合多方面因素制訂合理的靜載試驗工作計劃，明確試驗流程，為后續(xù)試驗開展提供基礎(chǔ)。試驗方案確定之后，應(yīng)制訂完善的試驗檢測管理制度，明確試驗儀器和材料，以保證試驗檢測順利開展。同時，要求技術(shù)人員具備一定的試驗檢測經(jīng)驗，以確保操作過程中不會出現(xiàn)失誤，提高試驗檢測的精確性和可靠性。為防止試驗偏差，提高技術(shù)數(shù)據(jù)采集的準確性，并正確分析各項數(shù)據(jù)信息，提升靜載試驗的合理性和科學性，使試驗?zāi)軌蛘嬲从硺蛄旱氖褂脿顩r。

3.1.2 明確試驗荷載

通過靜載試驗，可以全面了解橋梁結(jié)構(gòu)的承載性能，獲取各項荷載數(shù)據(jù)信息，進而掌握橋梁工程的使用情況，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。靜載試驗是一種常用的測試方法，通過施加靜態(tài)荷載于橋梁結(jié)構(gòu)上，觀測和記錄其變形和應(yīng)力響應(yīng)，以評估橋梁的結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性和承載能力。

在進行靜載試驗時，需要選擇適合的試驗方法，以確保有效分析橋梁結(jié)構(gòu)的性能和特點。根據(jù)具體的試驗?zāi)康暮蜆蛄侯愋?，可以選擇不同的靜載試驗方法，如單點加載試驗、均布加載試驗、變載試驗等。單點加載試驗適用于評估橋梁某個特定位置的承載性能，均布加載試驗可模擬橋梁在實際使用情況下的受力狀態(tài)，而變載試驗則可以模擬橋梁在荷載變化時的動態(tài)響應(yīng)。

此外，在靜載試驗過程中，需選擇合適的試驗荷載，并根據(jù)設(shè)計要求和預(yù)期效果進行施加。常見的試驗荷載包括靜載、動載和臨時荷載等。通過施加荷載后，使用傳感器和測量設(shè)備對橋梁結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、撓度等參數(shù)進行實時監(jiān)測和記錄，數(shù)據(jù)可以用于分析橋梁的剛度、變形能力、破壞機制以及結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性等方面的性能指標。

3.1.3 提高靜載安全防護水平

最大程度地保障工作人員的生命安全，是靜載試驗環(huán)節(jié)的首要任務(wù)。因此進行橋梁工程的靜載試驗時，需嚴格落實安全防護措施，提高防護水平，確保試驗順利進行。因此，進行靜載試驗前，應(yīng)制訂科學合理的試驗方法，明確現(xiàn)場安全要求，并配置相應(yīng)的安全設(shè)施。

在前期準備階段，需要充分勘察現(xiàn)場，了解現(xiàn)場可能發(fā)生的安全問題，并采取有效的安全預(yù)防措施。在現(xiàn)場試驗階段，應(yīng)全面監(jiān)督檢查各環(huán)節(jié)和步驟的落實情況[4]。

靜載試驗環(huán)節(jié)的安全防護設(shè)施應(yīng)有明確的規(guī)定，同時應(yīng)定期組織管理人員進行現(xiàn)場安全設(shè)施檢查，確保設(shè)施各方面性能合格。在靜載試驗的安全管理工作中，安全管理人員應(yīng)嚴格執(zhí)行上級發(fā)布的各項安全管理指令。同時，要求每項靜載試驗的操作行為都必須在安全標準下進行，如果遇到突發(fā)情況，應(yīng)立即采取合理的應(yīng)對和預(yù)防措施，進而確保靜載試驗順利進行，掌握準確的數(shù)據(jù)信息，為橋梁工程的客觀真實評價提供基礎(chǔ)。

3.2 動載試驗具體應(yīng)用

3.2.1 動載試驗方法

目前，在橋梁領(lǐng)域進行動載試驗的主要方法是激振法。為了分析橋梁的使用情況，需要結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，選擇科學合理的試驗方法，從而提高動載試驗參數(shù)的精準性，為分析橋梁工程運行效果提供準確依據(jù)。

動載試驗方法主要包括以下幾種：

第一，共振法。在共振法中，激振儀器會施加不同頻率和振幅的激振力于橋梁結(jié)構(gòu)上。當激振力的頻率與橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率相匹配時，會發(fā)生共振現(xiàn)象。這時，橋梁結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)較大的振動響應(yīng)，并在共振頻率處表現(xiàn)出最大的振幅。通過測量和記錄橋梁在不同頻率下的振動響應(yīng)，可以評估橋梁的動態(tài)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。共振法可以直接在實際工況下進行測試，并通過觀測振動響應(yīng)來了解橋梁的運行狀況。它可以檢測橋梁結(jié)構(gòu)的自由振動頻率，評估橋梁的剛度和阻尼特性，發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題和缺陷。

第二，脈動法。脈動法是一種用于測定橋梁結(jié)構(gòu)自有頻率的方法，同時可以觀察橋梁與周圍環(huán)境的共振效應(yīng)。此方法適用于橋梁結(jié)構(gòu)兩側(cè)存在不規(guī)則振動條件的情況。通過測定橋梁的振動狀態(tài)，可以了解橋梁的運動特性。此方法還可以探測周圍行動物體或建筑物與橋梁之間的共振現(xiàn)象，有助于更全面地評估橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

第三，自振法。自振法主要是在自由衰減條件下觀測橋梁振動行為，獲取相關(guān)結(jié)構(gòu)信息。該方法利用橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率和振動響應(yīng)來評估其動力特性和結(jié)構(gòu)性能。通過對振動信號的分析，可以得出橋梁的振動模態(tài)、頻率和振型等參數(shù)，進而對其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度和阻尼等特性進行評估[5]。

3.2.2 動載試驗數(shù)據(jù)分析測定

在公路橋梁現(xiàn)場檢測中，動力測試是一種常用的方法，可以確定橋梁的振型、阻尼和固有頻率等關(guān)鍵參數(shù)[6-8]。

第一，測定振型。通過使用共振的方式測定關(guān)鍵部位的相位、振幅等，然后繪制變化曲線，了解性能的變化。

第二，測定阻尼。阻尼直接影響橋梁工程的動力性能，因此在橋梁檢測中阻尼值計算極為重要。半功率寬帶法和功率譜法是常用的阻尼測定方法，檢測過程中可以利用計算機獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。如果阻尼值比較大，還需要結(jié)合現(xiàn)場的裂縫實際情況進行分析，以得出更為準確的參數(shù)[9-10]。

第三，測定固有頻率。該方法主要是通過時域里程曲線、峰值、圖紙等掌握橋梁動力剛度性能[11]。如果固有頻率參數(shù)較小，可以認為橋梁的壽命、剛度合格，達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定標準[12]。

4 結(jié)語

綜上所述，橋梁工程是我國非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，但是在使用的過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞的問題，會對交通運行的安全性和可靠性產(chǎn)生負面的影響。為避免此類問題，需要對橋梁進行有效檢測，掌握其是否滿足當前的交通通行要求，以便于及時采取養(yǎng)護修復(fù)措施，從而提高橋梁通行質(zhì)量。