周帆

（江西省交通工程質(zhì)量監(jiān)督站試驗(yàn)檢測(cè)中心，江西南昌 330000）

0 引言

公路橋梁的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性對(duì)整個(gè)交通運(yùn)行水平有直接影響，也關(guān)系到當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展。在橋梁工程建設(shè)以及運(yùn)維管理的過(guò)程中，充分利用動(dòng)靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方法，及時(shí)掌握目前的橋梁工程運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采取針對(duì)性的處理措施，有效規(guī)避各種質(zhì)量和安全問(wèn)題，能夠提高橋梁運(yùn)行的總體效果。為此，需要對(duì)橋梁的動(dòng)靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究，使其應(yīng)用更加科學(xué)合理、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果更加準(zhǔn)確有效，從而更好地服務(wù)于橋梁事業(yè)。采取案例分析的方法，可使研究分析更加直觀、更加切合實(shí)際，故采取結(jié)合某橋梁動(dòng)靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)實(shí)際案例進(jìn)行分析論證。

1 荷載試驗(yàn)

動(dòng)靜荷載檢測(cè)對(duì)橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)有重要意義，能夠直觀、準(zhǔn)確地掌握橋梁的運(yùn)行參數(shù)，如橋梁的受力、承載性能等參數(shù)，進(jìn)而判斷橋梁是否出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)橋梁施工與養(yǎng)護(hù)工作的高效開(kāi)展有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將動(dòng)靜荷載檢測(cè)相結(jié)合。

在靜載試驗(yàn)階段，檢測(cè)人員需要給橋梁施加靜力荷載，然后檢測(cè)橋梁的多方面性能，通過(guò)分析檢測(cè)結(jié)果，對(duì)比理論數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差異，分析梁體結(jié)構(gòu)的撓度、應(yīng)力變化情況，從而得出受力條件和承載力性能數(shù)據(jù)。

動(dòng)載試驗(yàn)就是在不同速度的作用下，給橋梁施加橫向、豎向的振動(dòng)，進(jìn)行動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)位移參數(shù)檢測(cè)，然后確定橋梁的振動(dòng)特性以及動(dòng)力系數(shù)，分析動(dòng)載條件下橋梁的運(yùn)行狀態(tài)。在承載力分析環(huán)節(jié)，一般通過(guò)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即可得到準(zhǔn)確的結(jié)果，如果梁體的結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，檢測(cè)人員獲取現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)后，需與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行對(duì)比分析，并建立有限元模型展開(kāi)數(shù)據(jù)分析。建設(shè)有限元模型時(shí)，檢測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)數(shù)據(jù)差異較大，檢測(cè)人員要及時(shí)從物理系數(shù)、幾何參數(shù)方面進(jìn)行修正，改進(jìn)有限元模型，使有限元模型能夠準(zhǔn)確反映出橋梁的具體情況[1]。

2 橋梁荷載檢測(cè)方法分析

2.1 靜載試驗(yàn)方法

2.1.1 控制截面選擇

控制截面是指進(jìn)行靜載試驗(yàn)時(shí)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行荷載施加的特定截面位置。合理選擇控制截面可以準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)估橋梁在靜態(tài)荷載作用下的變形和應(yīng)力情況，以下是靜載試驗(yàn)中控制截面選擇的要點(diǎn)：

第一，選擇控制截面時(shí)，需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)的具體位置和功能，通常選擇位于主梁、橋墩或橋臺(tái)等關(guān)鍵位置的截面進(jìn)行試驗(yàn)，以獲得較為全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。第二，不同類型的橋梁結(jié)構(gòu)有不同的特點(diǎn)。選擇控制截面時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的幾何形狀、構(gòu)造特點(diǎn)和荷載傳遞機(jī)制，以確保試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確反映整個(gè)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況和性能。第三，在靜載試驗(yàn)中，應(yīng)選擇能夠反映結(jié)構(gòu)受力狀況和變形分布的關(guān)鍵控制截面。這些截面通常在梁底或梁頂?shù)任恢?，能夠獲得更具代表性的試驗(yàn)結(jié)果。第四，選擇控制截面時(shí)，應(yīng)考慮測(cè)量設(shè)備的安裝和布置，以確保可以準(zhǔn)確測(cè)量截面的變形和應(yīng)力情況。同時(shí)，應(yīng)確保荷載的施加方式和位置可控，以滿足試驗(yàn)需要。選擇控制截面后，需要進(jìn)行合適的荷載施加和試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，通常包括施加載荷的類型、大小和施加速度等，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.1.2 確定試驗(yàn)荷載

在荷載試驗(yàn)階段，檢測(cè)人員以橋梁控制橫截面的變形、內(nèi)力等為依據(jù)，組合計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)內(nèi)力影響線進(jìn)行布載分析，得出最終試驗(yàn)荷載。此外，為了提高荷載試驗(yàn)的效果，檢測(cè)人員需結(jié)合具體的情況選擇最佳的荷載效率系數(shù)，一般該系數(shù)為0.80～1.05。

2.1.3 靜載試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)與分析

在靜載試驗(yàn)中，校驗(yàn)系數(shù)是指在試驗(yàn)荷載作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)變（應(yīng)力）或變形實(shí)測(cè)值與相應(yīng)的理論計(jì)算值的比值，可用于評(píng)價(jià)與分析橋梁的使用情況。如果系數(shù)大于1，說(shuō)明橋梁性能較差，安全性不足；如果系數(shù)等于1，說(shuō)明滿足使用要求；如果系數(shù)小于1，說(shuō)明結(jié)構(gòu)性能比較好，承載性能還存在一定富余量，有較高的安全儲(chǔ)備。一般來(lái)說(shuō)，不同的橋梁結(jié)構(gòu)，其撓度、校驗(yàn)系數(shù)有一定的差異，所以要通過(guò)具體的試驗(yàn)對(duì)橋梁的使用狀況進(jìn)行分析[2]。

2.2 動(dòng)載試驗(yàn)的方法

目前，主要應(yīng)用跑車試驗(yàn)、脈動(dòng)試驗(yàn)、跳跑車試驗(yàn)等動(dòng)載試驗(yàn)方法。在動(dòng)載試驗(yàn)開(kāi)始之前，需要明確試驗(yàn)的目的和要求，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的試驗(yàn)方法。

跑車試驗(yàn)主要是基于車輛在橋梁路面行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)，通過(guò)獲取橋梁的振動(dòng)衰減、振動(dòng)響應(yīng)等數(shù)據(jù)，分析橋梁是否能夠滿足使用要求。在外部影響因素的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生輕微的振動(dòng)，這種振動(dòng)被稱為脈動(dòng)。通過(guò)分析脈動(dòng)特性，可以了解橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能。脈動(dòng)頻率中包含許多信息，其中最主要的是固有頻率諧量，檢測(cè)人員可通過(guò)脈沖試驗(yàn)分析橋梁的固有頻率諧量，進(jìn)而分析其健康狀況。

在跳車試驗(yàn)中，需要在橋梁上選取合適部位，安裝三角墊塊，然后讓試驗(yàn)車輛的后輪從墊塊中下落，以沖擊橋梁結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生豎向振動(dòng)。通過(guò)分析相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，了解橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)情況，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征進(jìn)行分析，以了解橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況。

3 工程概況

某橋梁項(xiàng)目建設(shè)長(zhǎng)度為155m，由兩座不同時(shí)期建設(shè)的橋梁共同組成，兩座橋梁間隔3.35m 的距離，跨徑相同，應(yīng)用的是預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T 梁的結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘察了解到，該橋梁采用的是雙柱式加蓋梁墩、臺(tái)和鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋面采用雙向車道的形式，寬度分別為9m、7m，南北兩側(cè)設(shè)置人行道。該橋梁投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間比較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)損壞問(wèn)題比較嚴(yán)重，故對(duì)其進(jìn)行荷載試驗(yàn)分析。

4 案例橋梁試驗(yàn)檢測(cè)

4.1 檢測(cè)內(nèi)容

在荷載試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)節(jié)，通過(guò)動(dòng)靜載試驗(yàn)，分析主梁結(jié)構(gòu)承載性能，確定橋梁主體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，以便為后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)提供依據(jù)。

4.2 布置測(cè)點(diǎn)

對(duì)橋梁進(jìn)行綜合分析，掌握橋梁主體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況，并合理進(jìn)行測(cè)點(diǎn)位置的布設(shè)。按照試驗(yàn)檢測(cè)的要求，將橋墩從南到北編號(hào)為1～12 號(hào)，橋臺(tái)為0～13號(hào)。按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇11 號(hào)跨和10 號(hào)跨進(jìn)行檢測(cè)。選擇兩點(diǎn)為位移檢測(cè)點(diǎn)，設(shè)置在簡(jiǎn)支梁的支點(diǎn)、跨中截面的部位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)信息。

4.3 加載試驗(yàn)

在橋梁主體結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)中，選擇跨中加載方式，加載重量為20t。分析橋跨主體結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)，進(jìn)而分析其質(zhì)量情況。

對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載力試驗(yàn)檢測(cè)，采用加載車載重量的方式。

5 靜荷載試驗(yàn)結(jié)果分析

5.1 荷載分布

5.1.1 荷載試驗(yàn)系數(shù)分布情況

第一，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣檢測(cè)，掌握各項(xiàng)測(cè)試的數(shù)據(jù)信息，并確定計(jì)算、分析方案。第二，跨中截面計(jì)算環(huán)節(jié)，采用彈性連續(xù)性計(jì)算方式。第三，在此次試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，將荷載系數(shù)分為人群系數(shù)與汽車系數(shù)。人群系數(shù)1、2、3 號(hào)梁分別是0.713、0.457、0.2；汽車系數(shù)1、2、3 號(hào)梁分別是0.47、0.476、0.4。

5.1.2 分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，偏載發(fā)生后，一般會(huì)在三片梁中傳輸，說(shuō)明橋梁的橫向剛度不高。根據(jù)荷載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，荷載橫向分布的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在較大誤差，這是因?yàn)榕c荷載中心距離較遠(yuǎn)的梁體結(jié)構(gòu)分擔(dān)荷載能力不足[3]。

5.2 主梁承載力試驗(yàn)

對(duì)主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載試驗(yàn)，確定其彎矩參數(shù)。

荷載試驗(yàn)效率處于0.96～1.18 之間，荷載增加的情況下彎矩也隨之升高，這時(shí)的試驗(yàn)彎矩達(dá)到了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算、分析位移參數(shù)，得出加載效率符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算撓度校驗(yàn)系數(shù)，處于0.621～1.28 之間，得出橋梁承載性能不足20t。

5.3 應(yīng)力應(yīng)變

應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)階段，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)節(jié)通過(guò)電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成，進(jìn)行10、11 號(hào)跨的應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)，設(shè)置5 個(gè)測(cè)點(diǎn)。分析試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算值小于跨中應(yīng)變最小值，說(shuō)明橋梁荷載能力不能達(dá)到工程要求。

5.4 混凝土應(yīng)變檢測(cè)

目前，應(yīng)變檢測(cè)主要應(yīng)用應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)、電阻應(yīng)變片系統(tǒng)。對(duì)10、11 號(hào)跨的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，跨中混凝土應(yīng)變最大值和計(jì)算值相同，說(shuō)明10、11 號(hào)跨的混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到承載力性能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，檢測(cè)上述混凝土結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力最大值，得出該結(jié)構(gòu)存在裂縫。

5.5 綜合評(píng)定

經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)與綜合分析，認(rèn)為該橋梁的承載性能不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。如果依然投入使用，容易引發(fā)安全事故，所以要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理。

6 動(dòng)荷載試驗(yàn)

6.1 基本內(nèi)容

第一，檢測(cè)橋梁在動(dòng)荷載條件下的自振頻率。

第二，采用載重汽車，以不同速度對(duì)10、11 號(hào)跨進(jìn)行行駛激振，獲取沖擊荷載參數(shù)信息，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，用以分析橋梁特性[4]。

6.2 橋梁阻尼比和自振頻率

分析橋梁動(dòng)力特性時(shí)，目前主要應(yīng)用自譜分析法，基于車輛的不同速度行駛速度，進(jìn)行時(shí)域波形和自譜分析。按照目前的車載運(yùn)行條件分析，設(shè)定阻尼比與自振頻率參數(shù)，按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范展開(kāi)試驗(yàn)操作。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該橋梁的阻尼比超出正常范圍，自振頻率也大于正常值。同時(shí)，將實(shí)際測(cè)量頻率與計(jì)算頻率對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量頻率較小，說(shuō)明橋梁的剛度不足。

6.3 通行汽車的沖擊系數(shù)

從橋梁位移測(cè)試、動(dòng)荷載應(yīng)變測(cè)試的測(cè)點(diǎn)中挑選3 個(gè)信號(hào)相對(duì)好的測(cè)點(diǎn)，分析相應(yīng)數(shù)據(jù)，動(dòng)荷載應(yīng)變參數(shù)為1.26。通過(guò)分析應(yīng)變波形，確定汽車對(duì)橋梁的沖擊系數(shù)為1.21。

6.4 分析動(dòng)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)對(duì)橋梁動(dòng)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，該橋梁的自振頻率相對(duì)較小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)性能較差。經(jīng)過(guò)對(duì)每項(xiàng)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和與現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)論，得出該橋梁損壞情況嚴(yán)重，承載性能不達(dá)標(biāo)，應(yīng)及時(shí)采取養(yǎng)護(hù)措施。

7 動(dòng)靜荷載試驗(yàn)結(jié)論

第一，將試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，得出該橋梁的承載性能不合格。

第二，因T 梁腹板結(jié)構(gòu)的尺寸比較小，主梁結(jié)構(gòu)的承載性能已經(jīng)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該橋梁如果繼續(xù)使用，易引發(fā)安全事故。

第三，按照我國(guó)當(dāng)前的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該橋梁應(yīng)滿足Ⅱ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，但經(jīng)過(guò)荷載試驗(yàn)分析，其已無(wú)法達(dá)到該要求，將確定該橋梁為危橋。

8 橋梁檢測(cè)動(dòng)靜荷載試驗(yàn)控制措施

8.1 提高檢測(cè)人員技術(shù)水平

在橋梁動(dòng)靜荷載檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)人員技術(shù)水平對(duì)檢測(cè)結(jié)果有直接影響。檢測(cè)人員需要具備較高的操作水平，以保證各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。因此，相關(guān)單位必須加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)人員的思想教育和執(zhí)業(yè)能力培訓(xùn)，并定期對(duì)各級(jí)檢測(cè)人員進(jìn)行綜合性的考核、評(píng)估，促進(jìn)檢測(cè)人員不斷提高自身綜合素質(zhì)和工作能力，保證各項(xiàng)檢測(cè)工作順利開(kāi)展[5]。

8.2 加強(qiáng)設(shè)備應(yīng)用和管理

在橋梁荷載檢測(cè)過(guò)程中，設(shè)備儀器有重要作用，對(duì)檢測(cè)效果產(chǎn)生直接影響。為了提高檢測(cè)結(jié)果的精確性，必須對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。在儀器設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程中，需要做好各方面的管理工作，落實(shí)各項(xiàng)維護(hù)和保養(yǎng)措施，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

第一，采購(gòu)設(shè)備時(shí)，需要關(guān)注設(shè)備的性能和質(zhì)量，以提高檢測(cè)的水平。第二，設(shè)備進(jìn)入檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后，檢測(cè)人員需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢查。第三，儀器設(shè)備使用過(guò)程中，檢測(cè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范化流程進(jìn)行操作，提高檢測(cè)效果。第四，為了保持設(shè)備的精度和性能，需定期組織設(shè)備保養(yǎng)工作，包括清潔、潤(rùn)滑和調(diào)整精度等，為精準(zhǔn)檢測(cè)提供保障。

9 結(jié)語(yǔ)

橋梁工程作為重要基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)數(shù)量日益增多，對(duì)社會(huì)的發(fā)展有重要意義。但是在橋梁投入使用后，由于交通量、超載車輛的增多，橋梁的損壞問(wèn)題非常嚴(yán)重，案例橋梁的表現(xiàn)尤為典型。分析對(duì)案例橋梁實(shí)施動(dòng)靜荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方法、過(guò)程和結(jié)果，同時(shí)驗(yàn)證加強(qiáng)動(dòng)靜荷載檢測(cè)方法的應(yīng)用，分析各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以期為相關(guān)工作人員提供參考，在工作中及時(shí)掌握橋梁的使用情況，為橋梁維護(hù)提供依據(jù)，從而保障橋梁的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。