橋梁實(shí)驗(yàn)新方法研究

摘要：橋梁荷載試驗(yàn)是新橋驗(yàn)收、舊橋維護(hù)改造進(jìn)行的一種試驗(yàn)方法，是檢驗(yàn)橋梁實(shí)際運(yùn)行狀況，保障橋梁安全的重要手段之一。本文首先分析了橋梁荷載試驗(yàn)存在的局限性，并針對(duì)橋梁荷載試驗(yàn)需要全橋中斷交通，而這在實(shí)際操作中會(huì)帶來(lái)很大不便這一問(wèn)題，提出了無(wú)需中斷交通就可進(jìn)行的橋梁試驗(yàn)新方法。

關(guān)鍵詞：荷載試驗(yàn);中斷交通;靜載試驗(yàn);動(dòng)載試驗(yàn);振動(dòng)信號(hào)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁建設(shè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。橋梁作為公路交通運(yùn)輸?shù)难屎硪溃P(guān)系到社會(huì)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，其重要性得到社會(huì)日益廣泛的關(guān)注。但目前大量現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)的性能逐步發(fā)生了退化，一方面由于受到環(huán)境因素、靜載與動(dòng)載反復(fù)作用的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度逐漸降低，結(jié)構(gòu)的性能逐步劣化，這些結(jié)構(gòu)損傷的積累勢(shì)必會(huì)危及橋梁的安全使用;另一方面為適應(yīng)交通運(yùn)輸量的增長(zhǎng)，橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范也在不斷的完善和發(fā)展，使許多20世紀(jì)60年代建成的現(xiàn)役橋梁由于當(dāng)時(shí)車(chē)輛設(shè)計(jì)荷載等級(jí)偏低，而面臨著嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，加之部分橋梁建筑材料存在先天缺陷，在環(huán)境因素的影響下、在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，缺乏及時(shí)到位的管理養(yǎng)護(hù)，使大部分橋梁功能下降或損傷積累問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)本身存在著安全隱患。目前，橋梁工程界已普遍認(rèn)識(shí)到通過(guò)橋梁的荷載試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)役橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的重要性。

一、傳統(tǒng)的橋梁荷載試驗(yàn)及存在的問(wèn)題

根據(jù)對(duì)橋梁加載形式的不同，橋梁荷載試驗(yàn)可以分為靜荷載試驗(yàn)和動(dòng)荷載試驗(yàn)。動(dòng)載實(shí)驗(yàn)相對(duì)于靜載實(shí)驗(yàn)要復(fù)雜的多，需要綜合運(yùn)用系統(tǒng)識(shí)別、微弱信號(hào)檢測(cè)、相關(guān)分析、振動(dòng)測(cè)試等技術(shù)，但是所得結(jié)果能夠比靜載測(cè)試更全面更準(zhǔn)確的反應(yīng)橋梁整體的工作性能和安全狀況。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐探索，橋梁荷載試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)得到很大的發(fā)展，試驗(yàn)方法也逐漸成熟并形成了相關(guān)的行業(yè)規(guī)范。雖然荷載試驗(yàn)可以反應(yīng)出橋梁的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁存在的隱患，保障橋梁的安全使用，但是隨著橋梁荷載試驗(yàn)的大量使用，荷載試驗(yàn)存在的問(wèn)題與局限性也逐漸突出，主要包括以下幾個(gè)方面：

1.傳統(tǒng)的荷載試驗(yàn)方法主要用于新建橋梁的驗(yàn)收，多以靜載實(shí)驗(yàn)為主。對(duì)橋梁施加靜載荷，通過(guò)將橋梁在靜載荷作用下的應(yīng)變與理論計(jì)算得到的應(yīng)變相對(duì)比，來(lái)分析橋梁的設(shè)計(jì)是否合理，施工是否符合規(guī)范，質(zhì)量是否達(dá)到要求。但是這種方法只適用于新建橋梁，而對(duì)于不能獲取足夠的信息的老橋不適用。

2.傳統(tǒng)的載荷試驗(yàn)需要很多專(zhuān)用加載設(shè)備，需要消耗大量的人力物力，成本很高。對(duì)于一些小型橋梁，很難承受這樣的高成本測(cè)試。

二、橋梁荷載試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)

橋梁荷載試驗(yàn)的目的

橋梁結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)就是對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行直接加載測(cè)試的一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)工作，其目的是通過(guò)荷載試驗(yàn)，了解橋梁結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下的實(shí)際工作狀態(tài)，從而判斷橋梁結(jié)構(gòu)的安全承載能力及評(píng)價(jià)橋梁的營(yíng)運(yùn)質(zhì)量。對(duì)于一些在理論上難以計(jì)算的部位，通過(guò)荷載試驗(yàn)可達(dá)到直接了解其受力狀態(tài)的目的;通過(guò)荷載試驗(yàn)：常常有助于發(fā)現(xiàn)在一般性檢查中難以發(fā)現(xiàn)的隱蔽病害;通過(guò)荷載試驗(yàn)可以檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量;通過(guò)荷載試驗(yàn)可以確定舊橋結(jié)構(gòu)實(shí)際的承載能力，為制定橋梁加固或改建技術(shù)方案提供依據(jù)。

橋梁荷載試驗(yàn)任務(wù)

橋梁荷載試驗(yàn)的任務(wù)是根據(jù)試驗(yàn)的目的和要求來(lái)確定的。一般來(lái)說(shuō)橋梁荷載試驗(yàn)的主要任務(wù)可分為以下幾點(diǎn)：

1.對(duì)于重要的橋梁結(jié)構(gòu)，除在設(shè)計(jì)階段即進(jìn)行必要項(xiàng)目的試驗(yàn)研究外，通常在橋梁建成竣工后，通過(guò)荷載試驗(yàn)來(lái)鑒定橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和營(yíng)運(yùn)條件，分析判斷橋梁的實(shí)際承載能力。

2.對(duì)于需改建或加固的橋梁，通過(guò)荷載試驗(yàn)可進(jìn)一步提供橋梁改造技術(shù)依據(jù)，尤其是對(duì)于缺少技術(shù)資料的舊橋更為重要。

3.對(duì)于新型橋梁及運(yùn)用新材料、新工藝的復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)系統(tǒng)的荷載試驗(yàn)，可了解和掌握結(jié)構(gòu)在荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式，并探索具有普遍意義的規(guī)律，為充實(shí)和發(fā)展橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和施工工藝積累科學(xué)資料。

三、無(wú)需中斷交通的橋梁試驗(yàn)

在進(jìn)行舊橋技術(shù)鑒定時(shí)，首先要對(duì)橋梁的現(xiàn)狀進(jìn)行檢測(cè)，包括測(cè)繪橋梁的結(jié)構(gòu)圖紙，實(shí)際測(cè)量橋梁主要結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度，測(cè)量橋梁主體結(jié)構(gòu)的形變量，以及觀察各個(gè)部件是否出現(xiàn)裂縫等損壞，綜合分析以上因素，力求對(duì)橋梁的工作狀況作出準(zhǔn)確的推測(cè)。其次，要根據(jù)第一步檢查測(cè)繪得到的結(jié)果進(jìn)行建模分析及結(jié)構(gòu)檢算，計(jì)算出橋梁實(shí)際結(jié)構(gòu)的極限抗力以及組合內(nèi)力，以此判斷出當(dāng)前橋梁的實(shí)際承載能力。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法中，完成了以上兩步后需要對(duì)橋梁進(jìn)行靜載荷載試驗(yàn)，并根據(jù)荷載試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)調(diào)整前面檢算的方法和參數(shù)，修正理論計(jì)算，以便得到盡可能準(zhǔn)確的模型和參數(shù)，最終確定橋梁的承載能力和安全性能。

在舊橋的技術(shù)鑒定中，現(xiàn)狀檢測(cè)是基礎(chǔ)和重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)檢算是關(guān)鍵和核心，荷載試驗(yàn)只是對(duì)結(jié)構(gòu)檢算的驗(yàn)證。在該標(biāo)準(zhǔn)中，把荷載試驗(yàn)放在最后一步，是因?yàn)榘凑侦o載實(shí)驗(yàn)的要求，需要對(duì)橋梁施加結(jié)構(gòu)檢算算出來(lái)的橋梁可承受的最大載荷，以此來(lái)驗(yàn)證橋梁工作的可靠性和結(jié)構(gòu)特性。對(duì)舊橋施加如此大的載荷無(wú)疑會(huì)增加試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)，因此必須在進(jìn)行完第一步的現(xiàn)狀檢測(cè)和第二部的結(jié)構(gòu)檢算得出橋梁所能承受的極限載荷后才能進(jìn)行。這樣一來(lái)，增加了舊橋檢測(cè)的成本，且仍舊很難降低檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)，往往會(huì)造成對(duì)舊橋的保守評(píng)價(jià)

這種的橋梁檢測(cè)方法，無(wú)需中斷交通，在橋梁正常通車(chē)的情況下，測(cè)量橋梁的載荷反應(yīng)。這樣做既沒(méi)有附加風(fēng)險(xiǎn)，而且可以最真實(shí)的反應(yīng)出橋梁正常工作時(shí)的情況。該方法利用隨機(jī)通過(guò)的車(chē)輛作為對(duì)橋梁的激勵(lì)源，采集橋梁結(jié)構(gòu)在通過(guò)車(chē)輛激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)受迫振動(dòng)信號(hào)的分析得出橋梁的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)特性，包括橋梁的固有頻率、動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)位移、阻尼和動(dòng)力系數(shù)等。通過(guò)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果的對(duì)比分析，可以保證結(jié)構(gòu)檢算結(jié)果的正確性，對(duì)橋梁的使用情況作出準(zhǔn)確估計(jì)，而不需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)很大的極限荷載測(cè)試。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)正確評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的承載狀態(tài)，既能繼續(xù)充分發(fā)揮大量已建橋梁的承載功能，節(jié)省新建改建所需的大量資金，又能鑒定和發(fā)現(xiàn)橋梁存在的危險(xiǎn)隱患及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)木S修、加固技術(shù)措施，避免發(fā)生車(chē)輛和行人的安全事故。因此，通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)的荷載試驗(yàn)，對(duì)橋梁的實(shí)際承載能力進(jìn)行分析、評(píng)定，并在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)做出評(píng)價(jià)，及時(shí)為橋梁管理、維修和加固提供科學(xué)、可靠的決策依據(jù)，保證橋梁的安全使用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪永田"""""大跨度斜拉橋荷載試驗(yàn)研究""""""2011.

[2]齊承濤"""""基于荷載試驗(yàn)的橋梁可靠性評(píng)估"""""2012

[3]宋博琪"""""橋梁的靜載與動(dòng)載試驗(yàn)""""""2011