荷載試驗在公路橋梁檢測中的運(yùn)用研究

郝建東

安徽省七星工程測試有限公司，安徽合肥 230088

我們常說“要致富，先修路”，意在說明交通運(yùn)輸對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綜合國力的提升，大規(guī)模的公路橋梁工程已經(jīng)建設(shè)或正在建設(shè)，公路橋梁作為一項關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)工程，其在方便人們出行和支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也要確保其運(yùn)行的安全和可靠。運(yùn)營承載能力是評判公路橋梁的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是確保公路橋梁運(yùn)行安全的重要保障。因此，其運(yùn)營承載能力的優(yōu)劣是一個重要的問題，其需要依靠荷載試驗進(jìn)行評估，科學(xué)合理的運(yùn)用荷載試驗，對于保障公路橋梁的安全運(yùn)營具有重要意義。

1 荷載試驗概述

作為一種重要的公路橋梁檢測方法，荷載試驗不但十分可靠，而且直觀。當(dāng)公路橋梁的運(yùn)行狀態(tài)不明確時，就需要運(yùn)用荷載試驗對公路橋梁進(jìn)行科學(xué)有效的評定與檢測，以確定公路橋梁的安全運(yùn)行。通常來說，進(jìn)行橋梁公路荷載試驗的方法有兩種，一種是靜載試驗，一種是動載試驗。其中，動載試驗就是為了使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動而使用某種相關(guān)的激振手段，然后檢測橋梁結(jié)構(gòu)的各種相關(guān)參數(shù)，其中包括固有頻率、振型以及行車響應(yīng)等，最終使橋梁的行車性能和橋梁結(jié)構(gòu)的剛度得以測定。而靜載試驗則是在橋梁公路上施加靜力荷載影響，以此檢測橋梁結(jié)構(gòu)指定部位的相關(guān)參數(shù)應(yīng)變，其中包括靜力、位移和裂縫等，然后通過相關(guān)推測，判斷橋梁公路在此影響下的工作狀態(tài)和使用性能[1]。進(jìn)行靜力荷載試驗時，應(yīng)當(dāng)從零開始加載，直至預(yù)定的靜力荷載。為了保證加載的順利完成，一般都要使用重力，或者其他的專業(yè)加載設(shè)備。靜力荷載試驗是應(yīng)用最廣，同時也是最基礎(chǔ)的公路橋梁荷載試驗，這主要是由于在現(xiàn)實中公路橋梁結(jié)構(gòu)承受的通常都是靜力荷載，其中橋梁自身的重量也包括在內(nèi)，而且在設(shè)計計算階段，也往往把行駛的車輛產(chǎn)生的荷載也作為靜力荷載看待。對公路橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力試驗之前，也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行靜力荷載試驗，進(jìn)而測定出公路橋梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)參量。因此，對于公路橋梁結(jié)構(gòu)特性的了解和掌握，靜力荷載試驗 是一種重要而且有效的途徑與方法。

2 公路橋梁檢測中荷載試驗的應(yīng)用

2.1 動載試驗的應(yīng)用

2.1.1 動載試驗方法

按照測試目的不同，公路橋梁動力荷載試驗一般可以分為三種，一是跳車試驗，二是跑車試驗，三是脈動試驗[2]。其中跳車試驗也可稱之為沖擊試驗，其進(jìn)行試驗的方法為在汽車上加載一定的質(zhì)量，然后讓汽車從15cm高度的跳板上跨過，再測量其對公路橋梁結(jié)構(gòu)造成的衰減振動影響，從而使公路橋梁的性質(zhì)得以較好的測定分析，并使公路橋梁的沖擊系數(shù)得以確定。所謂的跑車試驗就是測量汽車在公路橋梁上行駛時對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，以及測量車輛行駛后振動衰減情況。而脈動試驗的使用應(yīng)當(dāng)在沒有行駛的車輛和其他周期性干擾因素其情況下，橋梁在風(fēng)、地面微振等作用下受到的是平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)寬帶隨機(jī)激勵，此時結(jié)構(gòu)響應(yīng)的主諧量應(yīng)是其固有頻率附近的振動，這種情況下結(jié)構(gòu)的固有頻率可以使用脈動試驗進(jìn)行測定。

2.1.2 分析和測定動載試驗數(shù)據(jù)

通常情況下都是使用分析處理法來測定公路橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性，而分析處理法又有兩種，一種是頻域分析，一種是時域分析。頻域分析主要是指對時域信號進(jìn)行相關(guān)的數(shù)字化處理，其需要通過變幻針的使用，從而判定結(jié)構(gòu)頻率及其分布狀況。而時域分析則是對時程曲線進(jìn)行直接分析，從而得出相關(guān)參數(shù)，其中包括振型、阻尼、沖擊系數(shù)等。在對固有頻率進(jìn)行測定時，應(yīng)當(dāng)按照相關(guān)圖紙、時域歷程曲線以及功率譜圖等進(jìn)行實體試驗[3]。同時通過對基頻進(jìn)行結(jié)合，還可以計算出承受結(jié)構(gòu)的動剛度。分析比較簡單的結(jié)構(gòu)動力時只需要測試結(jié)構(gòu)一階頻率，而分析比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)動力時，則需要進(jìn)行一階、二階甚至更高階頻率的測試。如果試驗測出來的數(shù)值小于理論值時，就表面橋梁結(jié)構(gòu)具有較大的實際剛度，進(jìn)而判定橋梁結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)。如果試驗測出來的數(shù)值大于理論計算值，則說明橋梁具有較小的結(jié)構(gòu)剛度，從而容易出現(xiàn)開裂等問題。

進(jìn)行阻尼的測定時，阻尼比和對數(shù)衰減率會對橋梁結(jié)構(gòu)阻尼特性造成影響，計算阻尼可以通過使用功率譜圖里的半功率帶寬法，或者使用測試體系軟件進(jìn)行分析。橋梁的阻尼通常在0.01～0.08之間，較大的橋梁阻尼說明橋梁結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的耗能。而橋梁阻尼太小會造成支座工作發(fā)生異常狀況，以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫等問題。進(jìn)行振型的測定時，要在橋梁結(jié)構(gòu)的各個部位安裝傳感器，傳感器的安裝要使用共振法，橋梁結(jié)構(gòu)在激振設(shè)備的作用下發(fā)生共振，要及時記錄橋梁結(jié)構(gòu)各個部位的振幅和相位，然后依據(jù)測定的振幅和相位進(jìn)行振型曲線的繪制，繪制振型曲線時使用對比法。

2.2 靜載實驗的應(yīng)用

2.2.1 加載方案的制定

在進(jìn)行靜載試驗之前，試驗工作人員應(yīng)當(dāng)向試驗橋孔、橋墩或者橋臺，據(jù)此進(jìn)行加載方案的制定，并確保加載方案的科學(xué)合理性。在進(jìn)行試驗孔的選擇時，應(yīng)當(dāng)對以下三個方面的因素進(jìn)行充分考量。第一，橋孔或橋墩存在質(zhì)量問題，缺陷較多，常常發(fā)生病害問題。第二，橋孔或橋墩進(jìn)行受力計算時十分不利。第三，在進(jìn)行加載時橋孔或橋墩能夠方便的搭設(shè)腳手架以及設(shè)置測點。試驗孔和試驗墩選擇是否科學(xué)合理，不但直接影響著試驗工作能否順利開展，而且對結(jié)構(gòu)性能測算的準(zhǔn)確性造成很大影響，因此，在進(jìn)行試驗孔和試驗墩的選擇時，必須選派經(jīng)驗豐富的試驗人員進(jìn)行施工，這是進(jìn)行靜載試驗十分重要的一步。

2.2.2 加載與觀測

首先，確定觀測項目。橋梁結(jié)構(gòu)的最大撓度、壓應(yīng)力狀況、拉力和裂縫都是橋梁觀測的主要項目。橋梁受荷載影響，可以分為兩種變形，一種是總體變形，其是橋梁總體結(jié)構(gòu)狀況的反映。另一種是局部變形，其是橋梁結(jié)構(gòu)局部狀況的反映。對試驗要求的滿足是測量部位的選擇和測點布置的前提，測點數(shù)量要合適，測點位置要有很強(qiáng)的代表性，以此滿足計算分析的需要。

其次，選擇實驗儀器與觀測方法。與接觸式測量不同，光學(xué)測量的常用儀器有經(jīng)緯儀、精密水準(zhǔn)儀和全站儀等。有兩種測量方法可以進(jìn)行位移的測量，即電測法接觸式測量和機(jī)械測量，撓度計、百分表和位移傳感器是其常用的測量儀器。此外，應(yīng)變測量也有兩種形式的劃分，一種是不知道主應(yīng)力方向的，也就是在測試點進(jìn)行三個方向的應(yīng)變花的設(shè)置，應(yīng)變片、鋼筋應(yīng)力計為主要的測量儀器。另一種是已知主應(yīng)力方向，應(yīng)變片的設(shè)置要沿著主應(yīng)力方向。測量裂縫一般是進(jìn)行目測，同時使用刻度放大鏡進(jìn)行輔助。

最后，進(jìn)行分析總結(jié)。一般都是從理論探索的方向來分析和整理靜載試驗數(shù)據(jù)，在對橋梁結(jié)構(gòu)靜載試驗進(jìn)行估算時，常用的指標(biāo)一般有兩種，一種是比較分析規(guī)定的允許值和檢測的實際值，據(jù)此解釋橋梁結(jié)構(gòu)的狀況。另一種是對比分析理論計算值和測點實際值，以此對橋梁結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行判定。

3 結(jié)語

在公路橋梁檢測中，荷載試驗是一種十分重要且有效的方法，其在評估公路橋梁結(jié)構(gòu)承載力方面發(fā)揮著巨大作用。而荷載試驗工作本身比較復(fù)雜，試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響著對公路橋梁性能的判定。因此，要求荷載試驗人員不但要有扎實的理論知識基礎(chǔ)，還要有豐富的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，以此才能為公路橋梁的檢測提供可靠的評估依據(jù)。

[1] 趙寅濤，曹金滸. 橋梁技術(shù)狀態(tài)評估中荷載試驗檢測技術(shù)的應(yīng)用[J]. 黑龍江交通科技，2017（7） .

[2] 馬超，孫韋. 評述橋梁荷載試驗的步驟及要點[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2013（7） .

[3] 彭虹，韓超. 工程項目組織管理研究——以連續(xù)鋼構(gòu)大橋荷載試驗為例[J]. 四川建材，2013（6） .