橋梁現場荷載試驗檢測技術

張國明

（中交路橋建設有限公司）

1 工程概況

道安高速第16 合同段由中交路橋南方工程有限公司承建，全部位于湄潭縣境內，起于洗馬鄉的蔣巖坪山頭，在流河渡到達本合同段終點，在K158+303.653 處上跨思遵高速，設流河渡樞紐互通一座。起訖樁號為：K151+200～K159+088.046，路線長度7.89km。采取雙向四車道設計形式。包含左右兩幅橋梁，橋長880m，采用40m 預制T 梁。

2 靜載試驗的步驟

2.1 靜載試驗的內容

基于荷載試驗的方式，可充分反映橋梁在設計與施工方面的質量情況[1]，靜載試驗包括檢驗內部結構承載能力以及運營階段的結構自振特性等。

2.2 前期準備

⑴收集資料。充分的前期準備工作可以為正式荷載試驗提供良好條件，要將設計與施工資料作為重要參考，以便給加載方案的編制工作提供幫助，保證方案可行、測點布設合理。收集的資料覆蓋面廣、類型豐富，如設計與施工階段的資料、結構尺寸資料、沉降觀測資料等多個方面。

⑵實橋調查。通過現場勘察的方式可更為全面的掌握實際情況，例如：橋梁的施工情況、養護階段所存在的問題、現階段的橋梁使用狀況、周邊環境的影響以及是否具備荷載試驗的條件等。為增強實橋調查的針對性，需要根據橋型實際情況確定相應的調查要點，包含跨中裂縫及撓度、主梁連接狀況、各結構的外觀質量等方面。對于拱橋，則要充分考慮到拱腳上緣裂縫、墩偏位等情況。

⑶擬定加載方案。①確定具體的加載孔（墩），此項工作是正式開展荷載試驗的基礎，合適的選擇方式能夠更為有效的反映結構乃至全橋狀況。②確定荷載試驗的目標，為實際操作引導方向，如新建橋梁的竣工驗收、基于既有橋梁的改造質量檢驗等。③組織實橋靜力荷載試驗，此項工作包含的細分內容較為豐富：結構斷面的撓度分布情況；結構控制截面所形成的最大應變以及各個細分構件的應變狀況；墩臺的位移情況；鋼筋混凝土是否存在裂縫以及具體的裂縫狀況，如寬度、長度、形狀等。

⑷試驗流程。荷載試驗的各項工作要按照特定的流程有序推進，包含測點布設、設備選擇、檢測與記錄等，期間要生成試驗工況表，用于記錄數據。荷載試驗通常選擇的是重載車輛，要充分考慮車輛型號、盾尾、載重等信息[2]。對于測點的布設，則要按照試驗目標于指定的位置合理布設，要結合橋梁受力狀況，全面確保測試技術可以落實到位。

圖1 為靜載試驗施工現場示意圖。

圖1 靜載試驗

2.3 加載試驗

實橋荷載試驗的各環節中，加載試驗占據了較大比重，是極為關鍵的環節[3]。靜載試驗過程中的干擾因素主要源自于溫度等自然層面，因此宜在夜間組織靜載試驗。若外界干擾因素較小，此時可優先選擇在日間完成。按照特定的流程做好靜載試驗工作，要明確靜載的初始讀數，對于新建橋梁工程，還需經過預壓處理。加載遵循的是分級原則，其優勢在于可保證橋梁結構的安全。經過加載后，變形與內力將發生變化，且要經過某個特定的階段后才可恢復至穩定狀態，而橋型、結構的差異化將導致所需的穩定過程時長各不相同，通常考慮的是應變值和撓度值，若兩項指標僅存在微量波動（控制在儀器的精度范圍內），則有理由說明結構趨于穩定，可認為達到了相對穩定狀態。再進入卸載環節，隨后檢測各點的回零值。

3 試驗對象和內容

3.1 靜載試驗

在某荷載條件下，通過靜載試驗的方式剖析截面應力分布特點、變形和裂縫的出現及發展情況等方面的內容，幫助工程人員掌握橋梁施工情況。

3.2 動載試驗

動載試驗建立在動力特征的基礎上，以橋梁的脈動試驗最為基礎，同時也考慮到有無障礙行車試驗。

4 靜載試驗

4.1 初始狀況調查

全面檢查橋梁情況，明確是否存在漏筋或是結構受損現象，綜合評價全橋狀況，分析是否與設計要求相符。

4.2 成橋線形的測量

通過測量橋面線形的方式能夠掌握橋面結構數據，以便給后期養護提供依據，但要注重對測量時間的選擇，要求測量期間溫度維持相對穩定的狀態。

4.3 靜載試驗內容及方法

⑴控制截面布置。重點考慮的是主梁結構的正彎矩和負彎矩控制截面，視實際情況合理選擇布設方法，其中正彎矩為主梁C-C 截面（邊跨8#墩中心線76.5m 處的主梁）和主梁A-A 截面（跨中主梁處）；負彎矩為主梁B-B 截面（中跨8#墩中心線8.25m 處的主梁）。加強對各控制截面的觀測，及時展開測量以便掌握主梁的實際變形情況。確定試驗工況，將其作為試驗工作的基本指導，具體內容見表1。

⑵擾度測點布置。總量為34 點，均勻設在防撞護欄上。

表1 試驗工況

⑶應變點布置。包含三種類型，A 截面20 個，B 截面23 個，C 截面20 個。

⑷裂縫觀測。做好準備工作，經過調查掌握裂縫的實際情況（分布位置），從橋梁結構特點來看，合攏段頂板處是重點觀測對象，要考慮該處的縱向裂縫情況。

⑸試驗荷載。遵循的是彎矩等效原則，合理控制荷載以確保各截面內力的合理性。

對于工況1，選擇的是噸位為30t 的雙后軸重車，共計20 臺；工況2 所用設備與之一致，數量為16 臺。設備布設區域為A-A、C-C 截面兩側，分四級有序完成加載作業，隨加載量的增加，若滿足要求則一次性卸載。

4.4 工況1 的試驗結果

⑴滿載時的主梁變形撓度。通過與理論撓度的分析得知，實測結果比其略小，且在荷載持續增加的條件下，兩者變化規律具有協同性。

⑵各級荷載的應變實測值。具體內容見表2，從所給內容來看，應變的變化特征為沿梁高呈線性變化。通過對應變曲線變化的分析得知，其與理論曲線相同。

表2 工況1A-A 截面各級荷載的應變實測結果

⑶分析裂縫的綜合狀況，得知其在長度和寬度兩方面并未呈現出明顯的變化，且試驗期間未形成新裂縫。

4.5 工況2 的試驗結果

⑴根據表3 內容，通過與理論撓度的對比得知，在滿載條件下，實測的撓度值相對偏小，而在荷載持續增加的條件下，兩者的變化規律具有協同性。

表3 工況2 各測點在各級荷載時的擾度實測結果

⑵截面C-C 的應變情況。通過對各級荷載條件的分析得知，應變沿梁高方向表現出較為顯著的線性變化特點，與理論的截面梁頂和梁高值對比分析，可以發現兩項指標的實測值都偏小。

5 動載試驗

5.1 脈動試驗

在自然條件下，由于存在不同程度的大地脈動以及外界因素干擾，產生振動信號后進一步由速度傳感器檢測，獲取實測結果并展開分析，提取動力特征參數。從脈動試驗結果來看，不同于理論模態頻率的是，實測結果普遍更高，表明全橋剛度表現較為良好。此外，所有實測阻尼比都控制在2.178 內，可反映出結構阻尼比較低的事實。

5.2 行車試驗

⑴無阻礙條件下。選擇40t 載重汽車共2 臺，分別維持10～50km/h 的行駛速度，期間檢測結構的動力響應情況。選擇中跨A-A 截面，于該處布設適量測點，并配備橋梁擾度儀，利用該裝置檢測擾動，基于所得結果確定沖擊系數。根據試驗結果得知，相比于規定的沖擊系數而言，所得到的實測值相對較小，主要集中在1.015～1.028。

⑵有阻礙條件下。選擇的是高為7cm 的弓形模板，將其作為本次試驗的障礙條件，將其設在中跨A-A 橋面截面上。選擇的是40t 的載重汽車，共計2 臺，全程的行駛速度穩定在10～30km/h，且車輛采取并排行駛的方式，期間做好測量工作。整理實測的動力系數，得知該值的取值范圍為1.06～1.153。

對比分析得知，在速度保持一致的前提下，就實測沖擊系數值而言兩項試驗的結果存在差異，有障礙行車試驗的實測值相對更大，表明若橋面表現出不平整的狀態，則會形成更明顯的沖擊作用。整理并分析上述所提的試驗結果，可以發現各項力學指標都得到有效的控制，均滿足要求；且試驗階段并未出現任何程度的受力裂縫，已經形成的裂縫也未發生變化，說明橋梁結構狀態良好，滿足設計要求。

5.3 跳車試驗

取0.15m 厚的墊木，將其平穩放置在主橋跨中處，配置30t 試驗車，其在通行過程中將經過墊木處，后輪將于該處落下，車輛的作用形式在瞬間發生改變，橋梁將承受明顯的沖擊作用，可見上下振動現象。試驗期間選用動力測試系統，以便檢測1/2 截面的動撓度，在獲取采集到的數據后對其加以分析。為保證所得結果的準確性，應從中剔除最大值，計算后確定合適的激振頻率。

5.4 剎車試驗

30t 的車輛全程勻速行駛（20km/h），到達1/2 截面后急剎車，橋梁承受較強的沖擊力，通過配套的動力測試系統加以檢測，以便掌握動撓度的最大值。以現場情況為準合理選擇設備，具體為DH5922 型測試系統，使其連接動態傳感器，通過對所得數據的整理后，創建振動時程曲線，再根據此結果進一步分析，提取結構動力特征參數。

6 橋梁動載試驗結果分析

6.1 基頻

根據檢測結果可知，橋梁基頻為2.9297Hz，通過與理論值2.4912Hz 對比分析可知其相對較大，意味著結構振動頻率存在一定幅度的提升，同時在剛度方面的表現也較為良好。關于具體結果，如表4 所示。

表4 結構基頻理論計算值與試驗測試值的對比

6.2 阻尼比

根據檢測結果可知，阻尼比為0.0813，相較于經驗值而言更大，可以說明橋梁的抗震性能良好，加固效果符合預期要求。

6.3 沖擊系數

根據檢測結果得知，沖擊系數實測值為1.0289，相較于理論值1.1742 而言更小，由此表明橋梁動力性能表現良好，具體內容如表5 所示。

表5 橋梁結構沖擊系數試驗結果及與理論值的對比

7 結束語

橋梁荷載試驗檢測有助于工程技術人員掌握橋梁設計與施工情況，是評價全橋品質的重要手段。本文結合橋梁工程實例，根據實際情況開展了靜動載試驗，結果表明橋梁的各項力學指標表現良好，可滿足要求。而基于本文對荷載試驗的探討，也希望給類似橋梁工程提供參考，從而推動橋梁建設事業的發展。