趙賽雷

(貴州省交通科學研究院有限責任公司)

隨著社會經(jīng)濟的日益發(fā)展，我國運輸行業(yè)開始向大型重載運輸發(fā)展，對現(xiàn)有橋梁和新建橋梁的運輸承載力要求更高。為了確保運輸順暢，橋梁安全穩(wěn)固，及為今后的橋梁養(yǎng)護、維修、加固工作提供依據(jù)，需對橋梁進行檢測與判定。以下將以某橋梁工程為例，詳細闡述動載試驗和靜載試驗橋梁檢測中的應用方法。

1 工程概況

某橋梁工程建于1988年，全橋長1040.64m，29孔，邊孔跨徑29.035m，中孔跨徑3329m，橋面凈寬(0.85+7+0.85)m;上部結(jié)構(gòu)為懸臂懸鏈線空腹式雙曲拱，懸臂長4.50m，主拱跨徑20m;下部結(jié)構(gòu)為群樁基礎(chǔ)，砌塊是重力式墩、臺。為檢測該橋梁的工作性能，工程人員對該橋進行了靜載和動載檢測，設(shè)計荷載為汽-13，拖-60。

2 靜載試驗

橋梁靜載試驗是目前檢測橋梁結(jié)構(gòu)性能或工程質(zhì)量的重要試驗方法，它的原理是將靜止荷載作用在橋梁指定位置，然后對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的靜力位移、靜力應變、沉降、裂縫等參量進行測試，并依據(jù)國家有關(guān)橋梁工程規(guī)范和工程標準，對橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用下的性能及承載能力作出判斷，評價橋梁的可靠性和安全性。

2.1 靜載試驗荷載位置和測試參量的選擇

靜載實驗的目的是了解橋梁的實際承載能力和使用條件，因此，對新建橋梁進行靜載試驗檢測荷載位置應選擇橋梁設(shè)計和施工的薄弱點或有相關(guān)規(guī)范標準的地方，對既有橋梁荷載位置選擇橋梁工作性能較差、病害較嚴重等不利于受力的孔或墩進行靜載試驗。該橋梁屬于舊橋應選擇病害較嚴重孔、墩為荷載試驗荷載位置。我國新建和既有橋梁的樣式有許多種，為了方便橋梁維修加固和運營管理，相關(guān)橋梁工程規(guī)范對幾種常見主要橋型靜載試驗需要檢測的荷載參量作了規(guī)定，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 幾種主要橋型的加載試驗截面及內(nèi)容

2.2 試驗荷載的確定

試驗荷載的選定方法為:首先需要知道橋梁設(shè)計的相關(guān)荷載參數(shù)，接著計算出橋梁結(jié)構(gòu)在不同荷載下控制截面的荷載參量，從中選擇達到控制截面的最大承載界限的荷載作為該截面的控制荷載，并根據(jù)計算數(shù)據(jù)得出該截面的荷載內(nèi)力影響線;保證實際荷載與控制荷載相一致，然后依據(jù)內(nèi)力影響線對橋梁結(jié)構(gòu)進行加載試驗，進而得出試驗荷載參數(shù)。為了驗證實驗數(shù)據(jù)真實可靠，需要檢查試驗荷載參數(shù)與設(shè)計的荷載參數(shù)的相似性，其相似程度用試驗荷載校驗系數(shù)η表示。

2.3 靜載試驗結(jié)果分析與評價

校驗系數(shù)η是衡量橋梁結(jié)構(gòu)工作性能的重要指標，用于評價橋梁的承載能力。所謂校驗系數(shù)，是指某一測點處靜載的實測值與設(shè)計值或理論計算值的比值。一般情況下，當η=1時，說明實測值與理論值完全相符;當η＜1時，說明橋梁結(jié)構(gòu)工作性能較好，有安全保障;當η＞1時，說明橋梁結(jié)構(gòu)工作性能差，需要維修加固。相關(guān)橋梁工程規(guī)范對常見橋梁處于最佳工作性能時的校驗系數(shù)作了驗證總結(jié)，具體內(nèi)容如表2所示。

表2 常見橋梁校驗系數(shù)

該橋梁工程該橋為連續(xù)梁橋，依據(jù)有關(guān)規(guī)定應選擇第三孔跨中梁截面、3#墩支點處梁截面和第四孔距4#墩7m處梁截面共3個梁截面作為試驗截面，并計算它們的受力情況、彎矩以及撓度。針對該橋梁本次試驗采用橋梁博士V3.03版進行結(jié)構(gòu)計算，建立有限元模型，測定出各截面的效驗系數(shù)如表3所示。

表3 各截面校驗系數(shù)

根據(jù)檢測結(jié)果分析，該橋梁檢驗承載能力的相關(guān)參數(shù)均在允許范圍內(nèi)，說明該橋梁工程橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能良好，不影響運營使用。

3 動載試驗

動力荷載試驗可以測定橋梁結(jié)構(gòu)的自振特性或在動力荷載作用下的受迫振動特性，測量需要橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、動撓度、動力沖擊系數(shù)和阻尼值等參數(shù)，通過這些參數(shù)了解橋梁結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的工作性能，判斷和評價橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力和使用條件，以此推測病害對橋梁的影響。結(jié)合靜載試驗結(jié)果，可以對橋梁的工程質(zhì)量和工作性能做出更加科學可靠的評價。依據(jù)測試目的的不同，橋梁動力荷載試驗可以有脈動試驗、跳車試驗(沖擊試驗)、跑車試驗等方式。

3.1 脈動試驗

脈動試驗是指利用橋梁所處環(huán)境，如風、地面微振等環(huán)境因素的作用使橋梁發(fā)生微小振動，這種情況下橋梁的振動頻率可以最大程度接近其固有頻率，從而可以通過脈動測試確定橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率。

3.2 跳車試驗

跳車試驗是指使試驗車輛的后輪從三角墊塊上突然下落時對橋梁產(chǎn)生沖擊作用，激起橋梁的豎向振動，然后測量此時橋跨結(jié)構(gòu)的衰減振動阻尼值和沖擊系數(shù)，用以分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動性質(zhì)。

3.3 跑車試驗

跑車試驗是指使試驗車輛以不同的行駛速度(如40km/h、60km/h、80km/h)通過橋梁，使橋梁產(chǎn)生不同程度的強迫振動，以測量橋梁的阻尼值等參數(shù)。

3.4 動載試驗結(jié)果分析

該橋梁工程檢測采用跑車實驗方式，采用10t重車以不同車速，經(jīng)過橋跨及在跨中制動、跳車情況下動應變(應力)進行觀測。實驗步驟:(1)在試跨中布置拾振器，通過跨中測點脈動時程曲線的自功率譜求得試驗跨上部結(jié)構(gòu)的豎向基頻和阻尼比。(2)采用一輛10t試驗車分別以10km/h、30km/h的速度駛過平整橋面和有障礙橋面，記錄試驗跨跨中振幅時程信號，檢測有載狀態(tài)下橋梁強振頻率和跨中最大振幅。(3)對實驗數(shù)據(jù)進行整理得出該橋梁工程動荷載參數(shù)為:自振頻率 f=4.62Hz，阻尼比 D=0.021，對數(shù)衰減率 δ=0.153，沖擊系數(shù)(1+μ)=1.20，均在正常范圍內(nèi)。

4 試驗總結(jié)

(1)根據(jù)靜載實驗檢測，該橋梁第三孔跨中梁底撓度校驗系數(shù)為0.85，第四孔最大正彎矩處梁底撓度校驗系數(shù)為0.80，第三孔跨中梁頂混凝土壓應力校驗系數(shù)為0.47。該橋梁各測試截面應力及撓度校驗系數(shù)均小于1，也在允許值之內(nèi)，說明該橋梁各主要受力點、面的承載能力均能夠滿足荷載公路的設(shè)計施工要求。(2)該橋梁工程通過動載試驗的檢驗，其動荷載參數(shù)分別為自振頻率f=4.62Hz，沖擊系數(shù)(1+μ)=1.20，阻尼比 D=0.021，對數(shù)衰減率 δ=0.153。說明該橋梁工程各項動力性能指標符合規(guī)范和設(shè)計要求，可以保障通車安全。

5 結(jié)束語

綜上所述，橋梁承載能力的檢測和評定直接關(guān)系到橋梁運輸安全，且橋梁動靜荷載試驗是較為復雜和高科技手段的試驗方法，需給予高度重視，不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗。另外橋梁動靜荷載試驗在實際橋梁的檢測評估中結(jié)果可靠正確，可以快速有效地評估橋梁的承載能力，確保橋梁工程的整體質(zhì)量與運營安全。

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