摘要：橋梁工程是公路交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，其質(zhì)量問題備受關(guān)注。在橋梁的使用過程中，受各種因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的病害，降低結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，對(duì)此需要做好橋梁試驗(yàn)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁中存在的隱患和問題。文章對(duì)橋梁試驗(yàn)的內(nèi)容及作用進(jìn)行了分析，并對(duì)比傳統(tǒng)的橋梁試驗(yàn)方法對(duì)不中斷交通的新型橋梁試驗(yàn)方法進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：不中斷交通；橋梁試驗(yàn)方法；荷載試驗(yàn)；橋梁工程；公路交通運(yùn)輸 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U443 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.048

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們的生活水平不斷提高，汽車作為一種方便快捷的交通工具也開始進(jìn)入了普通家庭中，使得公路交通運(yùn)輸?shù)玫搅朔睒s，公路橋梁工程的數(shù)量也隨之不斷增加。在這種情況下，許多使用年限較長(zhǎng)的橋梁都出現(xiàn)了各種各樣的問題和缺陷，嚴(yán)重威脅著行車安全。傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗(yàn)方法需要阻斷交通，給人們的出行帶來很大的不便。對(duì)此，這里對(duì)一種基于不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究和討論。

1 橋梁試驗(yàn)的內(nèi)容及作用

通常來講，橋梁試驗(yàn)主要是指橋梁荷載試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)方法是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加已知的外部荷載，然后觀測(cè)在荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的各種反應(yīng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)以及力學(xué)模型的把握，結(jié)合相應(yīng)的理論分析，推算出橋梁的極限承載能力，評(píng)估結(jié)構(gòu)安全度。橋梁荷載試驗(yàn)是橋梁運(yùn)營管理中一個(gè)非常重要的內(nèi)容，主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面：

1.1 橋梁驗(yàn)收

在對(duì)新建橋梁進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，通過荷載試驗(yàn)，可以對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)的承載能力以及工作性能進(jìn)行檢驗(yàn)，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比后，可以評(píng)估其是否能夠滿足安全運(yùn)行的要求。同時(shí)，通過對(duì)橋梁受力情況以及靜動(dòng)力特性的檢測(cè)，能夠?yàn)闃蛄旱酿B(yǎng)護(hù)管理工作提供切實(shí)有效的參考依據(jù)，為后續(xù)橋梁工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等積累

經(jīng)驗(yàn)。

1.2 舊橋鑒定

對(duì)既有橋梁工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問題和隱患，確定橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的加固處理，保證橋梁的使用安全，也可以為橋梁的限重、改建等提供依據(jù)。

1.3 安全監(jiān)測(cè)

通過橋梁荷載試驗(yàn)，可以做到以下兩點(diǎn)：（1）能夠及時(shí)把握橋梁結(jié)構(gòu)的變化；（2）可以對(duì)橋梁的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)養(yǎng)護(hù)管理工作進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)橋梁的安全使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，減少安全事故的發(fā)生。

2 傳統(tǒng)橋梁試驗(yàn)方法存在的問題

傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗(yàn)方法可以根據(jù)施加的外部荷載的不同分為兩種不同的形式：（1）靜載試驗(yàn)，要求對(duì)交通進(jìn)行封鎖，在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行加載試驗(yàn)，對(duì)相應(yīng)的靜力參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，了解橋梁結(jié)構(gòu)在荷載下的變形情況、應(yīng)力變化以及裂縫發(fā)育等，從而判斷橋梁主體的強(qiáng)度、剛度等。這種方法是最為常用，同時(shí)最為可靠，原理相對(duì)簡(jiǎn)單，便于理解和接受；（2）動(dòng)載試驗(yàn)，同樣可以分為兩種不同的類型，一種是針對(duì)橋梁在環(huán)境因素激發(fā)下所產(chǎn)生的振動(dòng)信息進(jìn)行測(cè)試，對(duì)結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼等動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行分析，另一種則是利用試驗(yàn)車輛，以不同速度通過橋梁，測(cè)量其對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)激勵(lì)，進(jìn)而結(jié)合得到的特征參數(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能以及安全狀況進(jìn)行評(píng)估。與靜載試驗(yàn)相比，動(dòng)載試驗(yàn)融合了振動(dòng)理論、系統(tǒng)識(shí)別、信號(hào)采集等技術(shù)，是橋梁結(jié)構(gòu)性能測(cè)試的一種非常有效的方法。

不過，在實(shí)際應(yīng)用中傳統(tǒng)的橋梁試驗(yàn)方法也暴露出了一些不足和問題：（1）針對(duì)的多是新建橋梁工程，對(duì)于既有橋梁，傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)方法在信息獲取方面存在著一定的不足，無法可靠地對(duì)橋梁在荷載作用下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行反映；（2）對(duì)于人力物力和時(shí)間成本的消耗較大，僅適用于一些大型的橋梁工程，對(duì)于占據(jù)絕大多數(shù)比例的中小型橋梁并不適用；（3）在試驗(yàn)過程中，需要進(jìn)行交通封鎖，給人們的出行帶來了很大的不便。

3 基于不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法

針對(duì)傳統(tǒng)橋梁試驗(yàn)方法中存在的問題，這里采用了一種不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于新建橋梁工程的試驗(yàn)，還能夠直接用于舊橋的檢測(cè)。在現(xiàn)行的《公路舊橋承載能力鑒定方法》中，對(duì)于舊橋的鑒定需要包括現(xiàn)狀檢查、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算以及荷載試驗(yàn)三個(gè)方面的內(nèi)容。其中現(xiàn)狀檢查是首要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)驗(yàn)算則是關(guān)鍵，荷載試驗(yàn)實(shí)際上僅僅是為了進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充。在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中，將荷載試驗(yàn)放在了橋梁檢測(cè)的最終環(huán)節(jié)，主要是受傳統(tǒng)靜載試驗(yàn)方法的影響，需要對(duì)橋梁施加理論計(jì)算的最大載荷，對(duì)橋梁的工作性能和承載能力進(jìn)行驗(yàn)證，在得到相應(yīng)結(jié)論的同時(shí)，會(huì)增加試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，因此需要先做好橋梁結(jié)構(gòu)的檢查和分析，這就使得舊橋檢測(cè)的周期和經(jīng)費(fèi)大大增加。

與之相比，不中斷交通的橋梁試驗(yàn)?zāi)軌蛟诒３謽蛄赫Ｍㄐ械那闆r下，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的荷載反應(yīng)進(jìn)行采集，不存在附加風(fēng)險(xiǎn)，可以作為橋梁現(xiàn)狀檢查的一種補(bǔ)充，使得結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果更加切合實(shí)際。具體來講，試驗(yàn)主要是檢測(cè)隨機(jī)通行車輛對(duì)于橋梁的振動(dòng)激勵(lì)，獲取相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)的分析整理，能夠得到橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)特性的一些主要參數(shù)，如阻尼、動(dòng)位移、加速度、動(dòng)力系數(shù)等。這里主要對(duì)橋梁隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的功率密度分析，分析步驟如下：（1）對(duì)振動(dòng)優(yōu)勢(shì)頻率的范圍進(jìn)行評(píng)估，設(shè)定頻率上限為fc，然后進(jìn)行相應(yīng)的抗混濾波處理，去除高于fc的頻率成分；（2）對(duì)分析要求的頻率分辨率進(jìn)行確定，Be=△fe；（3）確定采樣間隔，使得采樣頻率fs>2fc；（4）按照頻率分辨率，對(duì)單個(gè)分析長(zhǎng)度進(jìn)行確定，有△fe，然后對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行窗處理；（5）依照N0=Te/△關(guān)系式，對(duì)單個(gè)分析長(zhǎng)度的采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行確定，并通過補(bǔ)零法，將其整理為N0+NX=2M=N，其中M為正整數(shù)；（6）將分析要求的精度確定在20%～25%的范圍內(nèi)，并結(jié)合分析精度

，決定進(jìn)行平滑處理所需的分段數(shù)q，有q=1/，代入相應(yīng)的數(shù)值，可以得到q的取值范圍為16～25段；（7）對(duì)能夠滿足上述所有要求的最小記錄長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，有最小記錄長(zhǎng)度為Tmin=qTe；（8）結(jié)合FFT算法，對(duì)單邊功率譜離散值進(jìn)行計(jì)算，則有，（k=0，1，2，…，N-1），對(duì)其進(jìn)行窗處理，則G'k，（k=0，1，2，…，N-1），再次進(jìn)行補(bǔ)零修正，得到G"k，（k=0，1，2，…，N-1）；（9）對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行平滑處理后，就可以獲得單邊功率譜離散值的修正值。

這里結(jié)合具體的工程案例，對(duì)不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。某橋梁工程是連接兩個(gè)城區(qū)的唯一通道，交通流量巨大，全天24h不間斷，為了減少橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)挠绊?，采用不中斷交通的橋梁試?yàn)方法，對(duì)其動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行分析和評(píng)估。為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，采用了專業(yè)的信號(hào)采集設(shè)備和分析系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成見表1：

選擇橋梁第3跨石拱橋以及第4、5跨混凝土肋拱橋?yàn)樵囼?yàn)區(qū)域，設(shè)置6個(gè)觀測(cè)截面，并在每一個(gè)截面設(shè)置相應(yīng)的橫向、縱向和豎向觀測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)自身并沒有明顯的連拱效應(yīng)，邊跨的低頻較中跨低頻略低，振幅則遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出，與現(xiàn)狀檢查中發(fā)現(xiàn)的邊跨拱肋砌縫空隙和脫落嚴(yán)重的現(xiàn)象一致，表明其剛度相對(duì)較差。石拱橋?qū)嶋H測(cè)量中，第1振型為1階面橫向彎曲振動(dòng)，振動(dòng)頻率為5.30Hz，第2振型為1階面豎向彎曲振動(dòng)，振動(dòng)頻率為6.01Hz，表明其豎向和橫向的剛度較大。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，橋梁結(jié)構(gòu)整體相對(duì)穩(wěn)定，能夠滿足安全使用的要求。但是由于邊跨肋拱的剛度較差，存在空隙與脫落的情況，需要及時(shí)進(jìn)行加固處理。

4 結(jié)語

為了進(jìn)一步提升橋梁試驗(yàn)的效率，保證試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，在橋路面上臨時(shí)設(shè)置了信號(hào)燈，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)平處理。與傳統(tǒng)橋梁試驗(yàn)方法相比，不中斷交通的橋梁試驗(yàn)方法不會(huì)影響正常的交通運(yùn)輸，能夠用于橋梁的病害檢測(cè)與壽命評(píng)估，具有安全、經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)點(diǎn)，不過還需要不斷完善，總結(jié)出更加健全的試驗(yàn)方法，才能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：高超（1985-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇省交通工程集團(tuán)有限公司中級(jí)工程師，研究方向：道路與橋梁。

（責(zé)任編輯：小 燕）