公路橋梁荷載試驗過程控制要點分析

蹇鋼

（貴州省公路工程集團有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

隨著基礎建設工程數量的不斷增加，我國公路橋梁工程建設規模越來越大，而一些早期建設的公路橋梁逐漸進入老齡化階段，因此必須開展荷載試驗進行質量檢查，進而采用科學合理的養護措施對其進行養護，保證早期公路橋梁的運輸服務功能不受影響。通過荷載試驗，可以對公路橋梁的承載能力進行分析與檢查，這是我國現階段保證公路橋梁質量，維護交通行業運輸安全的關鍵措施與重要手段。

1 需要開展荷載試驗的公路橋梁

首先，需要對一些新建的大跨度公路橋梁進行荷載試驗。由于這類公路橋梁承擔的應力較大，且使用了全新的建筑結構、建筑材料和建筑工藝，因此有必要通過荷載試驗來分析其荷載能力。其次，需要對通行特種車輛的新舊公路橋梁進行荷載試驗。由于這類公路橋梁需要承載重量大的特種車輛，為了確保公路橋梁的安全運轉，需要分析日常使用期間的最大荷載量，開展公路橋梁荷載試驗。再次，需要對剛剛修復、改建的舊公路橋梁進行荷載試驗。為了驗證修復、改建后公路橋梁的效果和質量，需要進行驗收和等級鑒定，分析并確認公路橋梁的荷載能力。最后，對于年久失修，缺乏以往設計、施工數據的舊公路橋梁，為了更好地判斷其是否能承載對應的荷載要求，也需要開展荷載試驗工作[1]。

2 荷載試驗種類

公路橋梁荷載試驗主要分為兩種類型，分別是靜載試驗與動載試驗。

2.1 靜載試驗

首先，靜載試驗的主要對象是針對一些外觀檢測發現施工質量較差，并且存在明確施工缺陷的公路橋梁。在開展靜載試驗的過程中，需要對不同的橋梁類型進行分析，以選擇適當的處理方式。例如，對于簡支梁結構的橋梁，主要是檢測主梁跨中截面正彎矩、撓度或梁端斜截面剪力。對于連續梁的梁橋結構，需要檢測截面彎矩及剪力，查看撓度是否適中。對于懸臂梁的橋梁結構，需要檢測截面、負彎矩以及梁端剪力等，查看撓度與彎矩是否符合要求。至于目前比較常見的鋼架橋，則需要檢測截面以及撓度變化量等。

其次，進行靜載試驗之前，需要確定試驗的荷載量。第一，要對公路橋梁結構或設計中荷載最低的數值進行計算。

第二，根據荷載規范和實際使用情況，確定適當的荷載組合。常見的荷載包括自重荷載、活載（如車輛、行人）、溫度荷載、風荷載等。荷載組合的確定需根據橋梁設計需求，以及可能出現的不同工況進行估算。

第三，為確保試驗過程中橋梁的安全性，通常會在設計荷載的基礎上增設安全系數。這樣可以在試驗過程中模擬實際使用情況下的額外荷載，確保橋梁在試驗期間不會出現失穩或破壞[2]。

基于以上分析和計算結果，制訂具體的荷載試驗方案，包括施加荷載的位置、大小、持續時間等。圖1為橋梁開展靜載試驗的示意圖。

圖1 橋梁靜載試驗示意圖（單位：cm）

在圖1 所示的橋梁靜載試驗過程中，分別針對不同的項目進行試驗檢測。

最后，需要分析評價靜載試驗的實際結果。在公路橋梁結構中，主要的評價指標設定為校驗系數n。通常情況下，校驗系數n 是固定的，也就是靜載試驗值與理論計算值的比值是基本固定的。如果n=1，說明靜載試驗值與理論計算值完全符合；如果n＜1，說明公路橋梁結構性能較好，且存在安全余量；如果n＞1，則說明公路橋梁工作性能較差。不同的公路橋梁結構具有不同的校驗系數，例如，性能達標的鋼筋混凝土板橋應變校驗系數應為0.2～0.4，撓度校驗系數應為0.2～0.5。此外，生活中較為常見的鋼筋混凝土梁橋、預應力混凝土橋等公路橋梁結構，這兩項數據各不相同。

2.2 動載試驗

為了分析公路橋梁結構的工作性能，需要考慮公路橋梁的動力特性，這是一種重要的評判方式。在實際使用過程中，車輛通行和風力等動力會導致橋梁產生微小的振動，抵抗振動的能力就是動力特性。動載試驗可以對橋梁的運行狀態進行分析。通過對橋梁振動頻率和振動方式進行考量，可以更加準確地識別出橋梁結構發生的各種損傷情況。與靜載試驗相比，動載試驗能更加準確地把握橋梁當前的實際性能狀態。但是，目前的技術僅能對橋梁振動頻率進行檢測，難以準確測量橋梁的振動方式。

公路橋梁動載試驗主要分為以下三種方式：環境脈動激勵試驗、車輛沖擊試驗和激振器強迫振動試驗[3]。

2.2.1 環境脈動激勵試驗

環境脈動激勵試驗與附近的激勵源類別及特性之間有著緊密的聯系。不同的激勵源產生的頻帶范圍和頻率幅度各不相同。例如，由于車輛交通引發的振動，幅度通常不會超過0.2m/s，頻帶范圍在80Hz 以下，而風荷載帶來的頻帶范圍則處于10Hz 以下。不同荷載帶來的影響會隨著橋梁所處位置的不同而發生變化，與諸多影響因素緊密相連。因此，在分析過程中，可以將環境脈動激勵信號簡化為隨機白噪聲。這樣可以對結構在環境隨機脈動激勵下產生的振動信號進行分析，以得到結構的頻率、振動類型和阻尼大小等。這種試驗方式無需大型設備就能夠起到檢測效果，在一些超大跨度橋梁結構檢測方面有重要價值。

2.2.2 車輛沖擊試驗

車輛沖擊試驗可按車輛激勵方式進行劃分，分為跑車試驗、制動試驗和跳車試驗。在公路橋梁運行過程中，車輛荷載是主要荷載之一。在試驗中模擬車輛對公路橋梁造成的各種行為影響，能夠更好地把握公路橋梁的實際承載能力和工作水平。公路橋梁的工作質量主要取決于車輛與橋梁之間發生的反應，彼此之間的機理相對較為復雜，通過沖擊試驗，能夠直接呈現出結果，省略計算過程[4]。圖2 為某大橋車輛沖擊試驗現場情況。

圖2 車輛沖擊試驗

2.2.3 激振器強迫振動試驗

激振器強迫振動試驗需要的儀器數量比較多，并且在試驗過程中禁止車輛通行。同時，激振器強迫振動試驗需要的周期也比較長，因此這一檢測方式通常應用于新橋梁試運行期間。激振器強迫振動試驗是通過運作激振器引發橋梁的大幅度振動，其檢測的參數往往較為全面，檢測精確度也比較高，使用這種方式能夠更加準確地把握橋梁的動力特征。這種檢測技術對橋梁結構的穩固可起到促進作用。

3 公路橋梁荷載試驗控制要點

無論進行靜載試驗還是動載試驗，都包括三個步驟：首先要準備試驗，完成相應的處理工作；其次是推進試驗；最后是進行試驗后期的有效控制。接下來對這三個方面展開研究，討論試驗要點。

3.1 試驗準備階段控制要點

試驗方案的合理性與完善程度關系到是否能展現出結構的整體性能。此外，合適的加載工況可以極大地提升現場試驗檢測效率。試驗前需對橋梁的設計方案、設計圖紙、工程資料進行詳細分析，并結合現場的實際情況、環境、試驗經驗進行考量。確定試驗方案后，現場施工人員可根據方案對施工點進行調整與測試[5]。

由于荷載試驗需要使用車輛來模擬荷載，必須提前與加載車輛進行聯系，避免影響試驗的順利開展。若公路橋梁的交通流量較大，需與當地交通管理部門及時溝通，制訂導行方案，避免造成嚴重擁堵。若在夜晚或溫度較低的環境下進行荷載試驗，需準備照明設備與保溫設備，保證試驗的準確性。此外，試驗過程中需對使用的所有設備進行連接與測試，以確保設備狀態良好且電源充足，可隨時投入使用[6]。

在荷載試驗正式開始前，需結合安全施工基本要求，對試驗進行改進與完善，確保準備工作的全面性和完善性。針對突發情況，需積極分析，制訂合理的工作模式與方案，這對試驗的順利開展具有重要意義。

3.2 試驗測試階段控制要點

完成試驗準備工作后，進入現場測試環節。在現場指揮過程中，涉及眾多工作人員及不同工種，因此需保證人員間的及時溝通與協調，服從統籌安排。試驗期間，合理的指揮與分工對提高工作效率至關重要。尤其在大跨度橋梁檢測過程中，檢測時間較長，明確各自的任務能保證工作順利進行。

試驗過程中，需按照試驗環節的重要工作內容，將不同工作環節的責任劃分給不同的工作人員。現場工作人員要充分交流、及時溝通，了解自己承擔的項目及任務。這樣可以更輕松地開展試驗，處理各項工作方案，對數據進行優化，完成理論數據的對比分析，對異常數據或情況及時做出判斷與調整，提升檢測效率。此外，現場工作人員還要對各類數據進行及時記錄，以保證數據的完整性[7]。

3.3 試驗后期控制要點

完成檢測任務后，荷載試驗工作尚未結束，需對所有數據進行統籌分析，出具荷載試驗報告，得出科學完善的公路橋梁荷載試驗結論。這一過程中，工作人員需充分檢查數據是否合理，對數據進行準確分析，以便得出最客觀的數據報告內容，對橋梁的性能進行總結和評價，這對公路橋梁荷載能力的評估具有重要意義。

首先，需要對試驗采集到的數據進行綜合分析和處理，確保數據的準確性和可靠性。

其次，根據試驗結果，對橋梁結構的安全性進行評估，判斷其是否符合設計要求和規范標準。

再次，通過試驗數據和結構監測系統，對橋梁損傷進行檢測和評估，及時發現并處理可能存在的缺陷和損傷。除此之外，通過試驗數據和數值模擬，深入分析荷載對橋梁結構的影響，了解橋梁在不同工況下的受力特點和變形情況。

最后，根據試驗結果和結構評估結果，對橋梁的承載能力進行評估，并提出必要的加固設計方案，以確保橋梁的安全運行。另外，總結試驗結果，編寫詳細的技術報告，對橋梁結構的問題和改進方向提出專業建議，為后續的工程實施提供依據。

4 結語

公路橋梁荷載試驗是一項較為復雜的工作，且對精細化要求比較高，無論是荷載試驗的準備還是實際開展荷載試驗的流程，都需要得到優化與改進，工作人員要具備完善的理論知識以及豐富的工作經驗，以更高效地完成荷載試驗工作，為公路橋梁的安全性做出實際貢獻。