靜動(dòng)載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)中的分析應(yīng)用

王君紅

摘要：在橋梁檢驗(yàn)中，荷載試驗(yàn)可以有效地檢測(cè)橋梁的使用情況，本文介紹了在橋梁檢測(cè)中荷載試驗(yàn)的重要性，分析了荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容，并從實(shí)踐角度出發(fā)，通過(guò)實(shí)例分析了荷載試驗(yàn)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：靜動(dòng)載試驗(yàn);橋梁檢測(cè);應(yīng)用

已運(yùn)營(yíng)橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量必須得到高度重視，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營(yíng)，應(yīng)了解該橋目前的承載能力、技術(shù)狀況以及使用情況。通過(guò)外觀檢查、荷載試驗(yàn)及相關(guān)分析，給予橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定，以便全面掌握橋梁結(jié)構(gòu)的現(xiàn)行運(yùn)營(yíng)安全情況。橋梁檢測(cè)最主要的方法是橋梁荷載試驗(yàn)，通過(guò)橋梁荷載試驗(yàn)可以了解橋跨結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及工作特性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論，確定結(jié)構(gòu)安全度，為全橋交驗(yàn)提供可靠依據(jù)，同時(shí)也為今后同類(lèi)型橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

1荷載試驗(yàn)的類(lèi)別及重要性

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，各種橋梁數(shù)量大幅增長(zhǎng)，橋梁的安全檢測(cè)凸顯的越加重要，進(jìn)行靜動(dòng)載試驗(yàn)，可以有效地檢測(cè)橋梁的實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀況，計(jì)算橋梁的使用壽命，為未來(lái)橋梁病害的預(yù)防及加固提供科學(xué)可靠的依據(jù)。橋梁的荷載試驗(yàn)主要包括：橋跨結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)、橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)。

2荷載試驗(yàn)的主要內(nèi)容

2.1靜載試驗(yàn)

橋梁靜載試驗(yàn)是指將靜止的荷載作用于橋面上的指定位置，測(cè)試結(jié)構(gòu)的靜應(yīng)變、靜應(yīng)力以及靜位移等，推斷橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用能力，從而確定橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)期望值是否相符，它是檢驗(yàn)橋梁性能及工作狀態(tài)最直接、最有效的辦法。

為了較為客觀地反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能，靜載試驗(yàn)采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方式。在試驗(yàn)之前應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的理論分析，制定周密的實(shí)施方案。理論計(jì)算結(jié)果亦可以作為衡量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的理論依據(jù)。

2.2動(dòng)載試驗(yàn)

橋梁動(dòng)載試驗(yàn)是研究橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性和車(chē)輛動(dòng)力荷載與橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動(dòng)特性。這些測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)是判斷橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)狀況和承載能力的重要指標(biāo)。橋跨結(jié)構(gòu)某振型的振動(dòng)周期與結(jié)構(gòu)的剛度有著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而可以通過(guò)振動(dòng)頻率判斷橋梁結(jié)構(gòu)的剛度。

①測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性，包括自振頻率、各階振型及阻尼比;

②橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定，主要是測(cè)定結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的響應(yīng)，即結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下強(qiáng)迫振動(dòng)的特性，包括動(dòng)位移、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)力系數(shù)等。

3靜載試驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例

某黃河大橋是一座現(xiàn)代化斜拉式吊橋，索塔為倒H型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該橋有限元計(jì)算模型如圖所示：

為了滿足鑒定橋梁承載力的要求，試驗(yàn)工況的選擇需反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)。在進(jìn)行各荷載工況布置時(shí)，可參照截面內(nèi)力（或應(yīng)力、變形）影響線（或影響面）進(jìn)行。

3.1靜載試驗(yàn)

根據(jù)控制截面的內(nèi)力影響線，試驗(yàn)擬采用總重350kN加載車(chē)進(jìn)行等效加載。

①測(cè)試截面選擇：首先采用模型進(jìn)行數(shù)值模型分析，根據(jù)內(nèi)力（撓度）包絡(luò)圖和設(shè)計(jì)荷載確定控制截面，然后根據(jù)控制截面確定測(cè)試截面。得出對(duì)本橋影響最大的力學(xué)指標(biāo)主要為最大正彎矩截面、最大撓度截面、塔頂最大彎矩截面、塔頂最大水平位移，計(jì)算所得彎矩包絡(luò)圖及撓度值;②測(cè)點(diǎn)布置：根據(jù)受檢橋跨主體結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)受力特性，測(cè)試位置、測(cè)點(diǎn)截面應(yīng)具有典型性和代表性，并能保證有效性、經(jīng)濟(jì)性和符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

依據(jù)以上測(cè)試斷面的彎矩影響，確定出荷載工況，按各工況進(jìn)行具體加載，測(cè)試各截面應(yīng)變及撓度。

3.2索力測(cè)量

本項(xiàng)目擬采用JMM-268索力動(dòng)測(cè)儀在采集弦（索）的多諧振動(dòng)曲線后通過(guò)頻譜分析求取纜索張力。用頻譜法測(cè)定纜索張拉：首先測(cè)定纜索的固有頻率，再根據(jù)兩端拉緊的纜索其張力與頻率之間的固有關(guān)系算的張力。這是一種間接的測(cè)試方法，這種方法只要邊界條件模擬恰當(dāng)，量測(cè)精度很高，通常在1%之內(nèi)。

3.3動(dòng)載試驗(yàn)

①橋梁自振特性測(cè)試：本橋自振特性的測(cè)量采用脈動(dòng)法。脈動(dòng)試驗(yàn)用于測(cè)量主橋的自振頻率、振型和阻尼比;②跑車(chē)試驗(yàn)：采用一輛重車(chē)以不同的速度通過(guò)橋梁，測(cè)試跨中截面的動(dòng)撓度和動(dòng)應(yīng)力。汽車(chē)以不同的車(chē)速勻速行駛，通過(guò)紀(jì)錄并分析車(chē)輛過(guò)橋時(shí)控制斷面的動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力就可以得出試驗(yàn)聯(lián)的動(dòng)力放大系數(shù)，并可分析出試驗(yàn)聯(lián)的豎向自振基頻和阻尼比;③剎車(chē)試驗(yàn)：剎車(chē)試驗(yàn)是以車(chē)輛突然停止作為激振源，可以不同車(chē)速停在預(yù)定位置。剎車(chē)記錄項(xiàng)目與跑車(chē)試驗(yàn)相同，對(duì)記錄的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，可以得到相應(yīng)的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率等一系列參數(shù)。

3.4結(jié)論與建議

本次試驗(yàn)中試驗(yàn)各工況試驗(yàn)效率滿足規(guī)范要求。在靜力荷載試驗(yàn)作用下，控制截面的各測(cè)試點(diǎn)上的應(yīng)變未出現(xiàn)異常變化情況，最大靜應(yīng)力和最大靜位移均在規(guī)定的范圍內(nèi)，實(shí)測(cè)值的變化規(guī)律和理論分析結(jié)構(gòu)基本保持一致，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)及變形校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范規(guī)定。索力變化規(guī)律與竣工測(cè)試結(jié)果基本一致，結(jié)合誤差分析，索力可以滿足橋梁的正常使用。在動(dòng)荷載作用下本橋動(dòng)力剛度和最大動(dòng)位移、動(dòng)力沖擊系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)以上結(jié)論，該橋可以繼續(xù)正常運(yùn)營(yíng)。

綜上所述，橋梁檢測(cè)具體方案要根據(jù)實(shí)際橋梁特點(diǎn)進(jìn)行制定，并根據(jù)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從本文的分析可知，研究橋梁靜動(dòng)載試驗(yàn)在檢測(cè)中發(fā)揮的應(yīng)用，有助于掌握目前橋梁實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)，排除安全隱患，所以要加強(qiáng)對(duì)荷載試驗(yàn)的研究分析，為更多更大型的橋梁安全保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1]林志.大橋靜載試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[J].中國(guó)高新科技，2019（20）

[2]付玲玲，彭博.靜載試驗(yàn)在橋梁檢測(cè)工作中的應(yīng)用[J].交通世界，2019（30）

[3]潘海結(jié).橋梁檢測(cè)中動(dòng)靜荷載試驗(yàn)的應(yīng)用研究[J].安徽建筑，2019.09.