大橋動靜載試驗測試與分析

邱愉明

（東莞市交業(yè)工程質量檢測有限公司，廣東東莞523125）

0 引言

橋梁建設活動的大規(guī)模發(fā)展，極大地促進了不同區(qū)域社會經濟活動的溝通，我國當前存在大中型規(guī)模橋梁大約4 萬多座，小型橋梁數量達到了30 多萬座，橋梁建設程度基本上和國外發(fā)達國家保持一致，但是橋梁建設的質量卻仍舊存在一些問題和不足。橋梁是涉及多種綜合技術應用、多種不同類別項目捆綁的大型工程，橋梁的安全運行是確保社會穩(wěn)定發(fā)展的基礎。橋梁動靜載試驗的開展具有極其重要的現實意義，通過試驗模擬大量車輛通過橋梁結構時，其中產生的振動幅度和強度是否在可控制范圍之內，以此來判斷橋梁質量是否達標，保證橋梁施工質量。

1 靜載試驗技術要求

橋梁靜載試驗的實現主要依賴橋梁靜止模型上固定位置處的等車輛重量荷載施加，繼而獲取橋梁危險界面處的撓度和應力值，并且對其破壞危險程度進行可容納性判斷。靜載試驗開展主要分為橋梁裂縫的檢測、應力發(fā)展變化的測試和撓度發(fā)展的測試。在撓度測試過程中，撓度試驗參數的獲取主要依賴荷載面按照相應設計負載面進行加載，如果撓度參數相較于橋梁規(guī)范允許范圍要偏小，則橋梁撓度試驗合格。靜力加載情況的計算一般在試驗開展之前進行，試驗測量值需要和計算值進行對比，試驗測量荷載需要控制在設計標準荷載的0.9～1.1 倍。技術人員在開展靜載試驗時，還需要考慮到試驗溫度環(huán)境的變化，荷載的施加必須分級，這樣才能確保試驗測量數據的準確度。靜載試驗應力檢測階段，一般需要在主梁截面位置處設置電阻應變片或者振弦式應變片；設置應變片的目的主要是實施動態(tài)的監(jiān)測應力變化，在一些成對稱性的橋梁中，應變片可以設置在橋梁半跨處，以便減少測量成本。橋梁變位的檢測可以采取變形觀測網來實現數據的獲取，也可以通過電子傳感器對橋梁結構位移程度和應力變化進行測量，繼而獲取負荷力作用下橋梁截面的變位。橋梁理論撓度計算值需要大于實際測量的數據，橋梁承載力才滿足相關要求[1]。

2 動載試驗技術要求

橋梁動載試驗采取的激振方法包含如下三類，即共振、自振、脈動法。

共振法主要依賴于振動激發(fā)關聯設備對橋梁的主要受力結構位置處進行動力情況的檢測；自振法則是利用橋梁結構振動衰減來繪制振動變化曲線圖，對橋梁結構振動的多重影響進行分析；脈動法則主要利用能夠模擬出實際運動車輛狀態(tài)導致橋梁結構振動的外部沖擊荷載，對橋梁振動頻率進行分析。

橋梁動載試驗中關鍵數據的測定和分析則按照如下要求進行，橋梁振動頻率的測定需要結合試驗結果中的頻率圖譜、真實曲線數據信息，對實際運行車輛過程進行真實環(huán)境測試模擬，橋梁中起到承載作用的結構的動剛度范圍則可以根據相關結果數據進行推定，頻率測試需要根據實際情況進行選擇不同階（一階、二階）。如果設計值要大于測試值，則有理由認定該橋梁結構具備較好的可靠安全性；橋梁結構阻尼比的測定則需要合理選用計算方法，也可以通過先進檢測技術軟件進行測定，對于阻尼比的數值波動范圍不能過高或者過低，一旦超出合理范圍則表示橋梁結構具備較差的緩沖、抗壓能力；對于橋梁結構不同振動類型的測定需要合理布置相關振動控制設備，一般采取強迫式振動方式來實現橋梁不同位置的同時起振，繼而對振動頻率數據進行保存和不同結構位置的比較[2]。

3 橋梁動靜載試驗檢測分析

某橋梁工程位于高速路段，橋梁結構為長達35m的預應力混凝土連續(xù)T 梁，四跨形式，共具備五片T梁，采取先簡支后連續(xù)的施工方式，T 梁間距為2.5m，高度達到了3m，橋梁結構設計為單幅雙車道，設計行車速度為60km/h，公路I 級荷載。其中，橋梁結構橋面、濕接縫、主梁、現澆混凝土段等都采取了C40 混凝土，橋面防水層則施加了15cm 厚的瀝青混凝土，T 梁橋墩臺基礎則主要采取C40 混凝土，在該橋梁的0、4號橋臺處設置了四氟滑板式橡膠支座，單縫式伸縮縫分別設置在該結構中；橋梁整體為連續(xù)鋼構體系，1-3號橋墩和T 梁固結結合。

3.1 靜載試驗

靜載試驗開展中應變測點的設置不應該過多，整體應變觀測質量要得到確保，應變布設點位需要能夠表現出應變沿著梁高的分布規(guī)律及結構應變的最大值；考慮到橋面鋪裝構造，應變布設點位一般不設置在橋面位置處，現場需要對各控制截面進行應變測點布置；橋梁撓度需要結合實際環(huán)境采取精密水準設備進行測定，撓度測點一般布置在不同工況控制截面處的橋面位置上，沉降支測點一般設置在墩臺頂，撓度布設點需要距離人行道20cm 左右，并且對其進行編號。為了分析不同工況下主梁結構撓度監(jiān)測點在荷載逐級施加過程中的變化，荷載在不同階段施加后都需要進行撓度測定。荷載的設置需要考慮到效率系數，試驗加載位置及荷載的確定需要通過試驗效率進行控制，這有助于保證試驗數據的準確性，效率系數一般設定為0.8～1.05，根據外觀檢查及結構驗算分析，橋面上需要標記考慮加載車輛軸載狀態(tài)的加載位置。

本文所采取的加載、卸載程序及加載車輛如下，采取9 輛后八輪載重車輛進行加載模擬，總質量大約為300t。根據控制內力影響線及加載等級，采取50kN試驗車輛加載的荷載效應要能夠達到設計要求下的荷載控制效應極限；靜載試驗的開展基本不會對橋梁結構的使用耐久性造成一定危險，技術人員需要持續(xù)地讀取橋梁控制界面的應變發(fā)展趨勢，如果出現突變階段，則要立即停止靜載試驗；試驗加載一般可以分為1-3 級，荷載逐級增加需要從0 開始，不斷增大到最大荷載，并且之后再逐級卸載[3]。

3.2 動載試驗

橋梁動載試驗的內容包含以下幾個方面。脈動試驗的開展需要在橋梁結構附近不存在任何振動源的情況下對一些隨機荷載（地脈動、風荷載、水流沖擊等）激振引起微小振動，該微小振動主要通過靈敏度較高的動力測試設備測定，獲取的參數主要為阻尼比、自振頻率等；橋面振動信號的現場采集主要依賴東華動態(tài)測試系統（型號DH5922）配合伺服式拾振器；跑車試驗采取單輛重360kN 以10km/h～50km/h分級速度進行橋梁路面的勻速行駛，繼而對橋梁結構的跨中動態(tài)增量和動力響應進行測定，常見的動應變時程響應曲線如圖1所示；剎車試驗則主要采取單輛重360kN 的車，并且控制在勻速20km/h 橋梁中線行駛，通過在橋梁控制截面處剎車引發(fā)的振動來實現振動響應的測試。

圖1 動應變時程響應曲線

3.3 動靜載試驗結果分析

靜載試驗中，技術人員針對變位檢測和應力檢測、裂縫觀測實施了較好的數據分析，原有橋梁的裂縫在靜載情況下并沒有出現擴展，且裂縫數量并沒有增多，應力和變位數據發(fā)展均在設計要求的允許范圍之內，橋梁結構在靜載試驗下具備較高的強度。

動載試驗中根據控制截面的布置，實現了橋梁結構在多種類型車輛通行及制動下的分析，并且獲取了相關技術結論，橋梁的振動力通過車輛進行施加，獲得的脈沖信號和振動表明橋梁工程結構頻率規(guī)劃較為合理，可以為施工開展提供支撐；對于脈沖信號分析中關聯的振動頻率（一階、二階）大于設計理論數值，這表明橋梁結構的剛度、強度穩(wěn)定性滿足使用要求，且相關阻尼比要大于設計理論數值，橋梁結構具備抵抗車輛沖擊荷載的適應力。

4 結語

城市現代化的建設導致橋梁建設速度不斷加快，這也促進了人們對于橋梁建設質量的重視。通過橋梁動靜載試驗的開展，對城市復雜交通環(huán)境中車輛行駛現狀進行模擬，也可以在橋梁上增加阻礙物，調整不同的動靜載檢測環(huán)境，采取先進的監(jiān)測設備，對橋梁的應力、變位、裂縫、強度、剛度等重要指標進行必要的分析。動靜載檢測方式需要嚴格結合實際交通環(huán)境，對于一些設計年限較為久遠的橋梁則可以適當加強檢測力度，保證其使用耐久性。