基于不中斷交通的橋梁試驗方法研究

摘要：橋梁工程是公路交通運輸的重要組成部分，其質量問題備受關注。在橋梁的使用過程中，受各種因素的影響，可能會出現相應的病害，降低結構整體的穩定性，對此需要做好橋梁試驗，以及時發現橋梁中存在的隱患和問題。文章對橋梁試驗的內容及作用進行了分析，并對比傳統的橋梁試驗方法對不中斷交通的新型橋梁試驗方法進行了討論。

關鍵詞：不中斷交通；橋梁試驗方法；荷載試驗；橋梁工程；公路交通運輸 文獻標識碼：A

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

經濟的快速發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入了普通家庭中，使得公路交通運輸得到了繁榮，公路橋梁工程的數量也隨之不斷增加。在這種情況下，許多使用年限較長的橋梁都出現了各種各樣的問題和缺陷，嚴重威脅著行車安全。傳統的橋梁荷載試驗方法需要阻斷交通，給人們的出行帶來很大的不便。對此，這里對一種基于不中斷交通的橋梁試驗方法進行了研究和討論。

1 橋梁試驗的內容及作用

通常來講，橋梁試驗主要是指橋梁荷載試驗，具體的試驗方法是對橋梁結構施加已知的外部荷載，然后觀測在荷載作用下橋梁結構的各種反應參數，實現對橋梁結構工作狀態以及力學模型的把握，結合相應的理論分析，推算出橋梁的極限承載能力，評估結構安全度。橋梁荷載試驗是橋梁運營管理中一個非常重要的內容，主要應用于以下三個方面：

1.1 橋梁驗收

在對新建橋梁進行驗收時，通過荷載試驗，可以對橋梁主體結構的承載能力以及工作性能進行檢驗，與相關標準對比后，可以評估其是否能夠滿足安全運行的要求。同時，通過對橋梁受力情況以及靜動力特性的檢測，能夠為橋梁的養護管理工作提供切實有效的參考依據，為后續橋梁工程設計的優化和結構的改進等積累

經驗。

1.2 舊橋鑒定

對既有橋梁工程進行實驗，可以及時發現其中存在的問題和隱患，確定橋梁結構的安全狀態，對其進行相應的加固處理，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。

1.3 安全監測

通過橋梁荷載試驗，可以做到以下兩點：（1）能夠及時把握橋梁結構的變化；（2）可以對橋梁的狀態進行評估，對養護管理工作進行指導，對橋梁的安全使用壽命進行預測，減少安全事故的發生。

2 傳統橋梁試驗方法存在的問題

傳統的橋梁荷載試驗方法可以根據施加的外部荷載的不同分為兩種不同的形式：（1）靜載試驗，要求對交通進行封鎖，在靜止狀態下進行加載試驗，對相應的靜力參數進行測量，了解橋梁結構在荷載下的變形情況、應力變化以及裂縫發育等，從而判斷橋梁主體的強度、剛度等。這種方法是最為常用，同時最為可靠，原理相對簡單，便于理解和接受；（2）動載試驗，同樣可以分為兩種不同的類型，一種是針對橋梁在環境因素激發下所產生的振動信息進行測試，對結構的自振頻率、阻尼等動力參數進行分析，另一種則是利用試驗車輛，以不同速度通過橋梁，測量其對于橋梁結構的振動激勵，進而結合得到的特征參數對橋梁結構的動力性能以及安全狀況進行評估。與靜載試驗相比，動載試驗融合了振動理論、系統識別、信號采集等技術，是橋梁結構性能測試的一種非常有效的方法。

不過，在實際應用中傳統的橋梁試驗方法也暴露出了一些不足和問題：（1）針對的多是新建橋梁工程，對于既有橋梁，傳統的荷載試驗方法在信息獲取方面存在著一定的不足，無法可靠地對橋梁在荷載作用下的結構狀態進行反映；（2）對于人力物力和時間成本的消耗較大，僅適用于一些大型的橋梁工程，對于占據絕大多數比例的中小型橋梁并不適用；（3）在試驗過程中，需要進行交通封鎖，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方法

針對傳統橋梁試驗方法中存在的問題，這里采用了一種不中斷交通的橋梁試驗方法，不僅能夠實現對于新建橋梁工程的試驗，還能夠直接用于舊橋的檢測。在現行的《公路舊橋承載能力鑒定方法》中，對于舊橋的鑒定需要包括現狀檢查、結構驗算以及荷載試驗三個方面的內容。其中現狀檢查是首要環節，同時也是至關重要的環節，結構驗算則是關鍵，荷載試驗實際上僅僅是為了進行驗證和補充。在現有的標準中，將荷載試驗放在了橋梁檢測的最終環節，主要是受傳統靜載試驗方法的影響，需要對橋梁施加理論計算的最大載荷，對橋梁的工作性能和承載能力進行驗證，在得到相應結論的同時，會增加試驗風險，因此需要先做好橋梁結構的檢查和分析，這就使得舊橋檢測的周期和經費大大增加。

與之相比，不中斷交通的橋梁試驗能夠在保持橋梁正常通行的情況下，對橋梁結構的荷載反應進行采集，不存在附加風險，可以作為橋梁現狀檢查的一種補充，使得結構驗算結果更加切合實際。具體來講，試驗主要是檢測隨機通行車輛對于橋梁的振動激勵，獲取相應的振動信號，通過對信號的分析整理，能夠得到橋梁結構的動力特性及動力響應特性的一些主要參數，如阻尼、動位移、加速度、動力系數等。這里主要對橋梁隨機振動信號進行相應的功率密度分析，分析步驟如下：（1）對振動優勢頻率的范圍進行評估，設定頻率上限為fc，然后進行相應的抗混濾波處理，去除高于fc的頻率成分；（2）對分析要求的頻率分辨率進行確定，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，對單個分析長度進行確定，有△fe，然后對原始數據進行窗處理；（5）依照N0=Te/△關系式，對單個分析長度的采樣點數進行確定，并通過補零法，將其整理為N0+NX=2M=N，其中M為正整數；（6）將分析要求的精度確定在20%～25%的范圍內，并結合分析精度

，決定進行平滑處理所需的分段數q，有q=1/，代入相應的數值，可以得到q的取值范圍為16～25段；（7）對能夠滿足上述所有要求的最小記錄長度進行計算，有最小記錄長度為Tmin=qTe；（8）結合FFT算法，對單邊功率譜離散值進行計算，則有，（k=0，1，2，…，N-1），對其進行窗處理，則G'k，（k=0，1，2，…，N-1），再次進行補零修正，得到G"k，（k=0，1，2，…，N-1）；（9）對得到的結果進行平滑處理后，就可以獲得單邊功率譜離散值的修正值。

這里結合具體的工程案例，對不中斷交通的橋梁試驗方法的應用效果進行分析。某橋梁工程是連接兩個城區的唯一通道，交通流量巨大，全天24h不間斷，為了減少橋梁結構檢測對于交通運輸的影響，采用不中斷交通的橋梁試驗方法，對其動力特性和動力響應進行分析和評估。為了確保結果的準確性與可靠性，采用了專業的信號采集設備和分析系統，系統構成見表1：

選擇橋梁第3跨石拱橋以及第4、5跨混凝土肋拱橋為試驗區域，設置6個觀測截面，并在每一個截面設置相應的橫向、縱向和豎向觀測點。試驗結果顯示，結構自身并沒有明顯的連拱效應，邊跨的低頻較中跨低頻略低，振幅則遠遠高出，與現狀檢查中發現的邊跨拱肋砌縫空隙和脫落嚴重的現象一致，表明其剛度相對較差。石拱橋實際測量中，第1振型為1階面橫向彎曲振動，振動頻率為5.30Hz，第2振型為1階面豎向彎曲振動，振動頻率為6.01Hz，表明其豎向和橫向的剛度較大。綜合實驗結果，橋梁結構整體相對穩定，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，需要及時進行加固處理。

4 結語

為了進一步提升橋梁試驗的效率，保證試驗結構的質量，在橋路面上臨時設置了信號燈，并對系統進行了調平處理。與傳統橋梁試驗方法相比，不中斷交通的橋梁試驗方法不會影響正常的交通運輸，能夠用于橋梁的病害檢測與壽命評估，具有安全、經濟、高效的優點，不過還需要不斷完善，總結出更加健全的試驗方法，才能夠充分發揮其優勢。

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作者簡介：高超（1985-），男，江蘇鎮江人，江蘇省交通工程集團有限公司中級工程師，研究方向：道路與橋梁。

（責任編輯：小 燕）