分析公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測的方法

唐承福

(貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司)

1 荷載試驗(yàn)作用與分類

1.1 橋梁荷載試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

一般來說，橋梁荷載試驗(yàn)可以分為靜載和動載兩個試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)可以相互結(jié)合，得到相對全面的數(shù)據(jù)分析。橋梁荷載試驗(yàn)時對橋梁工作狀態(tài)的一種最直接的檢測手段，一般的荷載試驗(yàn)的目的如下。

(1)監(jiān)控施工的質(zhì)量

在數(shù)以萬計(jì)的新建橋梁和某些工程施工中，必然會遇到各種各樣的問題，例如地質(zhì)、水文、建筑材料和施工技術(shù)。為處理隨時可能發(fā)生的突發(fā)情況和保證建筑工程的質(zhì)量，往往會有第三方全程監(jiān)控。在工程竣工后，質(zhì)量驗(yàn)收單位還會進(jìn)行荷載試驗(yàn)，用來檢測橋梁結(jié)構(gòu)的整體和局部之間的受力情況是否滿足設(shè)計(jì)要求，并以此作為評定工程優(yōu)劣的主要參考依據(jù)。

(2)估算橋梁實(shí)際承載力

某段公路和局部橋梁中，由于風(fēng)化現(xiàn)象和某些外部力量損傷，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)的荷載偏低，超重現(xiàn)象嚴(yán)重等原因，因?yàn)槿狈Ρ匾谋ｐB(yǎng)措施，公路橋梁的整體安全性有待考察(參見表1)，有必要重新進(jìn)行荷載試驗(yàn)來分析得到橋梁構(gòu)件的損傷程度及實(shí)際承載能力下降的幅度，也是進(jìn)行舊橋加固維修的重要根據(jù)。

表1 近六年全國危橋基本情況

(3)在橋梁建造中新技術(shù)的引用

在橋梁施工過程中，一些新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料往往會運(yùn)用其中，這些新技術(shù)尚不能直接利用理論知識來分析判斷其力學(xué)性能和其他材料的兼容性，這就需要通過荷載試驗(yàn)實(shí)際確認(rèn)這些材料、結(jié)構(gòu)和工藝是否能達(dá)到理論和預(yù)期目的，這些荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)也可作為這些新技術(shù)的實(shí)測數(shù)據(jù)，為更好的利用這些新技術(shù)。

2 靜載試驗(yàn)

橋梁的靜載試驗(yàn)是指通過靜力荷載作用下測量橋梁的各項(xiàng)基本指標(biāo)，包括各控制面的受力大小和彎曲程度，它是檢測橋梁工作狀態(tài)最直接有效的方法之一。

2.1 荷載試驗(yàn)觀測點(diǎn)的選定

測量點(diǎn)往往取外觀上有缺陷或者建造過程中質(zhì)量不好的位置，一些舊橋腐蝕破損嚴(yán)重的孔或者是橋墩，尤其是承受力量最大的支撐點(diǎn)，表2 給出幾種常見橋型的試驗(yàn)加載位置和內(nèi)容。

表2 幾種主要橋型的加載試驗(yàn)截面及內(nèi)容

2.2 荷載加載方式和注意事項(xiàng)

對于靜載試驗(yàn)中一個重要的原則就是不能因?yàn)檫@次靜載試驗(yàn)而破壞橋體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而影響橋梁的安全性和今后使用狀況。所以在靜荷加載中采用的等梯度加載以防止橋體結(jié)構(gòu)形成意外損傷。加載通過增加一定重量的汽車數(shù)量作為加載等級，荷載汽車逐級上升，達(dá)到計(jì)算的最大安全荷載時一次卸載，每次增加荷載車輛時，車輛的時速不應(yīng)超過5 km/h，避免因?yàn)檐囕v震動照成橋梁結(jié)構(gòu)的微小震動。每次加載完成后或者卸載后到從各個觀測點(diǎn)觀測記錄數(shù)據(jù)的時間各有不同，這取決于橋體結(jié)構(gòu)受力變形達(dá)到穩(wěn)定相對快慢，只有當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，這個時候讀取的數(shù)據(jù)才是最有效的。

當(dāng)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，得到的數(shù)據(jù)作為最后數(shù)據(jù)，這時即可進(jìn)入下一個加載級別，或者進(jìn)行最后的卸載。進(jìn)行靜荷加載時應(yīng)選取氣溫變化不大和橋體溫度基本穩(wěn)定不變的時間段來實(shí)行。當(dāng)最大變形點(diǎn)超過允許安全值時，應(yīng)立即停止荷載試驗(yàn)，及時卸載，以確保橋體安全。

3 動載試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)是通過測定橋梁結(jié)構(gòu)在動載作用下引起的不同參數(shù)的變化，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態(tài)參數(shù)進(jìn)行橋梁承載力評定。橋梁動力特性是評定橋梁承載能力狀況的重要參數(shù)。這些參數(shù)是橋體的固有參數(shù)，可以真實(shí)反映橋體的動力特性。

動載試驗(yàn)通過測定橋體受迫振動和荷載突然加大時的動力學(xué)特征，來實(shí)時判斷橋體的工作狀況和最大的荷載能力。與靜載不同，動載需要不僅需要觀測位移變化，還需要掌握加速度以及振動頻率的變化，所以需要在觀測點(diǎn)放置加速度和振動頻率傳感器來實(shí)時了解橋體的動態(tài)變化。動載試驗(yàn)可以通過做脈動試驗(yàn)和強(qiáng)迫振動試驗(yàn)來得到相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.1 脈動試驗(yàn)

脈動檢測是一個長久的過程，前期需要在橋體上安裝高靈敏度的傳感器，長時間記錄橋體受自然風(fēng)、水還有人為活動中引起的結(jié)構(gòu)上的振動，然后進(jìn)行波普分析，橋體這些輕微振動一般是由中低頻率振動所造成的，當(dāng)外界振動的相位與橋體固有的振動相位相同或者接近時，橋體就會吸收外界的激勵加強(qiáng)自己振動幅度，相當(dāng)于吸收了外界的能量。當(dāng)為界的振動相位與橋體相反時，橋體就有相當(dāng)一部分能量被抵消，結(jié)構(gòu)的振幅就下降。通過分析環(huán)境激勵的變化對橋體的振幅影響大小，可得到橋體在該環(huán)境激勵下的振型。橋梁動載觀測點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 傳感器布載點(diǎn)

3.2 強(qiáng)迫振動試驗(yàn)

強(qiáng)迫振動試驗(yàn)施加的頻率相對于脈動試驗(yàn)的自然頻率更高些，通過試驗(yàn)車輛進(jìn)行動力測試，檢測殼體結(jié)構(gòu)的繞度、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪力變化。強(qiáng)迫振動試驗(yàn)可分為剎車試驗(yàn)和跑車試驗(yàn)。

(1)剎車試驗(yàn)。

利用一輛載重一定的汽車行駛至橋體中部和四分之一處剎車，測量個觀測點(diǎn)的頻率和振幅變化，重復(fù)一次。

(2)跑車試驗(yàn)。

采用兩輛車重一樣的汽車并排行駛在路段中央，每次以一定的速度梯度行駛，分別為10、20、30、40、50、60 km/h 測量橋體結(jié)構(gòu)在不同車速下的變化值，且要多次進(jìn)行平行試驗(yàn)。強(qiáng)迫振動試驗(yàn)內(nèi)容

4 結(jié) 語

通過查閱這些舊橋的歷史文獻(xiàn)，判斷現(xiàn)階段的橋梁的的損壞程度是否超過預(yù)期，來結(jié)合現(xiàn)階段的交通荷載情況確定是否需要進(jìn)行交通限流，來保證橋梁的整體安全性。

［1］宋一凡.公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評定［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］徐仲民.公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)技術(shù)研究［J］.公路交通科技.

［3］馮瑋.荷載試驗(yàn)在橋梁結(jié)構(gòu)評定中的應(yīng)用［J］.中國水運(yùn)，第10卷第5 期.