基于荷載試驗的橋梁檢測分析

鄧潔，李曉林，曹峰

（1.長沙理工檢測咨詢有限責任公司，長沙 410000；2.新田縣農村公路管理站，湖南 永州 425700）

1 引言

橋梁是公路、鐵路工程的重要組成部分，是交通網絡的關鍵節點，為保證橋梁工程的安全可靠使用，必須重視橋梁檢測工作的落實，為工程結構質量評價提供可靠的實測數據。在橋梁檢測應用的各種方法中，荷載試驗必不可少，其可以準確分析橋梁結構的承載能力與安全性能，為橋梁后期運營與維修保養提供可靠保障。本文主要圍繞橋梁檢測中的荷載試驗展開詳細分析。

2 荷載試驗的意義

荷載試驗是橋梁結構工作狀態最直接、可靠的檢測方法，可直接反映橋梁整體的工作性能。橋梁荷載試驗主要可分為兩種：靜載試驗和動載試驗。通過靜載試驗可以分析橋梁結構的強度和剛度；通過動載試驗可以得到橋梁結構的自振特性和動力響應，包括移動車輛或其他荷載作用下橋梁指定斷面的動應變、動撓度以及加速度[1]。

對于我國一部分已投入運營的橋梁，建設時間較早，運營期間受到各種外界因素的影響，加之很多資料已經無法查證，為實現對橋梁承載力、工作狀態的有效評估，荷載試驗是最合理的檢測方法，其可給出一個科學的檢定結論，為制訂維護方案提供可靠依據；對于新建橋梁，荷載試驗有利于確定橋梁成橋后的工作狀態，保證橋梁的安全可靠運營[2]。

3 基于荷載試驗的橋梁檢測要點

橋梁荷載試驗是一項復雜且細致的工作，要求從試驗準備、制訂試驗方案到具體試驗操作均要落實到位，工作人員需具備扎實的理論基礎與豐富的現場經驗，以獲得真實可靠的試驗數據。以下主要基于荷載試驗的橋梁檢測要點展開分析。

3.1 試驗準備

1）明確荷載試驗的目的、各測試項目，確定荷載試驗需測得的各項指標和參數。

2）收集橋梁相關設計、施工資料，主要包括：設計計算書、設計圖、竣工圖、施工監理記錄數據、日常養護維修資料等。

3）開展橋梁現狀檢查，全面掌握橋梁結構目前的工作狀態與周邊環境，具體檢查內容見表1。

表1 橋梁現狀檢查內容

4）橋梁結構理論計算，采用有限元軟件對實際試驗加載狀態進行模擬分析，根據模擬結果確定測試橋跨、控制截面、測點布設位置，保證試驗工作順利開展。

5）根據上述工作結果編制荷載試驗方案，明確試驗目的、方法、進度，并組織分工、確定終止試驗條件，保證荷載試驗的協調、安全完成[3]。

6）試驗現場準備工作，包括測試人員組織、試驗儀器準備。

3.2 試驗操作

橋梁荷載試驗的重點在于檢測與觀測。此階段所有準備工作均已完成，現場試驗人員需嚴格遵循試驗步驟、程序進行分級加載試驗，通過精密儀器記錄或自動記錄的方式記錄橋梁結構在不同荷載作用下的受力性能指標。為了保證試驗數據真實可靠，要求所有試驗操作必須在指揮員現場的統一命令下開展，確保試驗步驟統一，試驗總指揮做好相關監督工作，例如，試驗人員是否按規范操作；加載車輛或重物加載機械是否達到指定位置等[4]。實際試驗操作時，可通過模擬荷載進行預演練，并對其變化情況進行記錄，保證測試系統正常運行；完成必要時間節點信息、重要環節信息記錄后，正式進行加載試驗，試驗過程中不斷將結果數據與理論預測值進行比較，隨時掌握偏差情況，由此判斷試驗數據是否可靠，能否開展下一階段的荷載試驗，并對橋梁結構是否安全、儀器設備是否正常進行檢驗，保證試驗人員安全。

3.3 數據分析

完成橋梁荷載試驗數據收集后，需對數據進行修正、調整，將明顯突變數據剔除，并分析原因[5]。針對橋梁荷載試驗數據，主要采用應力應變公式、結構荷載變形等理論進行分析，具體橋梁結構試驗評價內容包括：

1）對比理論與實測數值變化，評價橋梁安全程度與剩余承載力，評估結構正常運行能力與儲備值；

2）對比實測數值與規范設計值變化特征，分析結構工作狀態與受力變形狀態。在橋梁荷載數據分析時，初始數據資料整理需去粗取精，同時也要遵從初始資料的規律性，保證數據的完整性、客觀性；完成數據分析后，按規定編制橋梁結構承載能力和結構安全性評估表和鑒定表[6]。

4 實例分析

4.1 工程概況

某橋梁工程為1 跨鋼筋混凝土空心板梁，跨徑12 m，兩側橋臺長度為5 m，鋼筋混凝土重力式橋臺。此橋梁分為左、中、右三幅，其中，左右幅橫向布置13 片板，中幅26 片板。橋面為瀝青混凝土鋪裝，橫斷面布置為2.85 m（人行道+護欄）+10.8 m（輔路行車道）+1.4 m（隔離帶）+12.3 m（主路行車道）+3.5 m（隔離帶）+12.2 m（主路行車道）+1.5 m（隔離帶）+11 m（輔路行車道）+2.45 m（人行道+護欄）。此橋梁于1994 年建成，設計荷載等級為汽車-超20 級，掛-120。

4.2 荷載試驗

主要采取靜力荷載試驗方法測量橋梁結構靜力試驗荷載作用下的變形與應力，確定橋梁實際工作狀態。

4.2.1 荷載試驗測點布置

1）測試斷面：此橋梁為1 跨簡支體系結構，通過橋梁結構計算結果、外觀缺損情況以及交通導改因素分析，決定主路、輔路測試斷面選取跨中、兩端支點斷面。

2）撓度測點：選用位移計進行撓度量測，共計布置45 個測點，分別位于2#～16#片板梁兩端支點、跨中截面。

3）應變測點：在板梁底板主筋粘貼鋼筋應變片，配備DH3815 靜態應變測試系統。根據模型理論計算結果（有限元數值分析法），將應變片布置在各工況荷載作用下應變、撓度最大板梁處，共計布置18 片，分別位于4#、5#、6#、8#、9#、12#、13#～15#板梁跨中截面，主筋上布置兩片應變片。

4）裂縫觀測：5#、9#、13#板梁底面選擇1 條橫向裂縫設置裂縫引伸計，觀測各工況加載過程中裂縫的發展情況。

4.2.2 荷載試驗加載車輛

此橋梁選用3 輛400 kN（40 t）三軸載重車，試驗車主要技術指標見表3 和圖1。

表3 荷載試驗車輛參數

圖1 荷載試驗車輛示意圖

4.2.3 車輛加載布置

此橋梁分為3 種加載工況，具體見表4。

表4 各加載工況車輛加載布置方案

4.3 靜載試驗結果與承載能力評定

4.3.1 靜載試驗結果

1）實測撓度：此橋梁在工況1～3 作用下，實測跨中截面撓度小于理論計算值，工況1、2、3 滿載時，實測撓度結構校驗系數分別為0.223～0.365、0.166～0.240、0.198～0.241，梁體相對殘余變位均低于規范20%。

2）實測應變：此橋梁在工況1～3 作用下，實測截面應變小于理論計算值，校驗系數為0.760～0.919，雖符合要求，但已接近1；各工況下梁體相對殘余變形均低于規范20%，其中，1#～13#板接近20%。

3）裂縫觀測：此橋梁在工況1～3 加載過程中，對1#～5#板、1#～9#板、1#～13#板跨中截面裂縫進行觀測。觀測結果顯示，加載時板底裂縫拓展明顯，卸載后部分裂縫寬度略有殘留，閉合寬度占拓展寬度的50%～80%，

工況1 時的1～13#板以及工況2 時的1#～9#板的閉合寬度＜2/3，不符合規范要求。

4.3.2 承載能力評定

綜合靜載試驗與承載能力評定結果，判斷橋梁承載能力無法滿足荷載標準汽車-超20 級要求，必須進行加固處理。

5 結語

綜上所述，通過荷載試驗可進行橋梁結構檢測與性能評估，明確橋梁真實狀態，發現橋梁問題與隱患，為橋梁后續養護管理提供可靠參考。橋梁荷載試驗時，需明確試驗目的、全面收集橋梁資料，科學制訂加載測試方案，保證橋梁檢測結果真實可靠，為橋梁承載能力評價提供可靠數據，以此制定針對性的維護加固策略，實現橋梁安全運營。