分析公路橋梁荷載試驗(yàn)檢測(cè)的方法

唐承福

(貴州省交通建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司)

1 荷載試驗(yàn)作用與分類

1.1 橋梁荷載試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

一般來(lái)說(shuō)，橋梁荷載試驗(yàn)可以分為靜載和動(dòng)載兩個(gè)試驗(yàn)，兩種試驗(yàn)可以相互結(jié)合，得到相對(duì)全面的數(shù)據(jù)分析。橋梁荷載試驗(yàn)時(shí)對(duì)橋梁工作狀態(tài)的一種最直接的檢測(cè)手段，一般的荷載試驗(yàn)的目的如下。

(1)監(jiān)控施工的質(zhì)量

在數(shù)以萬(wàn)計(jì)的新建橋梁和某些工程施工中，必然會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，例如地質(zhì)、水文、建筑材料和施工技術(shù)。為處理隨時(shí)可能發(fā)生的突發(fā)情況和保證建筑工程的質(zhì)量，往往會(huì)有第三方全程監(jiān)控。在工程竣工后，質(zhì)量驗(yàn)收單位還會(huì)進(jìn)行荷載試驗(yàn)，用來(lái)檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的整體和局部之間的受力情況是否滿足設(shè)計(jì)要求，并以此作為評(píng)定工程優(yōu)劣的主要參考依據(jù)。

(2)估算橋梁實(shí)際承載力

某段公路和局部橋梁中，由于風(fēng)化現(xiàn)象和某些外部力量損傷，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)的荷載偏低，超重現(xiàn)象嚴(yán)重等原因，因?yàn)槿狈Ρ匾谋ｐB(yǎng)措施，公路橋梁的整體安全性有待考察(參見(jiàn)表1)，有必要重新進(jìn)行荷載試驗(yàn)來(lái)分析得到橋梁構(gòu)件的損傷程度及實(shí)際承載能力下降的幅度，也是進(jìn)行舊橋加固維修的重要根據(jù)。

表1 近六年全國(guó)危橋基本情況

(3)在橋梁建造中新技術(shù)的引用

在橋梁施工過(guò)程中，一些新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料往往會(huì)運(yùn)用其中，這些新技術(shù)尚不能直接利用理論知識(shí)來(lái)分析判斷其力學(xué)性能和其他材料的兼容性，這就需要通過(guò)荷載試驗(yàn)實(shí)際確認(rèn)這些材料、結(jié)構(gòu)和工藝是否能達(dá)到理論和預(yù)期目的，這些荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)也可作為這些新技術(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為更好的利用這些新技術(shù)。

2 靜載試驗(yàn)

橋梁的靜載試驗(yàn)是指通過(guò)靜力荷載作用下測(cè)量橋梁的各項(xiàng)基本指標(biāo)，包括各控制面的受力大小和彎曲程度，它是檢測(cè)橋梁工作狀態(tài)最直接有效的方法之一。

2.1 荷載試驗(yàn)觀測(cè)點(diǎn)的選定

測(cè)量點(diǎn)往往取外觀上有缺陷或者建造過(guò)程中質(zhì)量不好的位置，一些舊橋腐蝕破損嚴(yán)重的孔或者是橋墩，尤其是承受力量最大的支撐點(diǎn)，表2 給出幾種常見(jiàn)橋型的試驗(yàn)加載位置和內(nèi)容。

表2 幾種主要橋型的加載試驗(yàn)截面及內(nèi)容

2.2 荷載加載方式和注意事項(xiàng)

對(duì)于靜載試驗(yàn)中一個(gè)重要的原則就是不能因?yàn)檫@次靜載試驗(yàn)而破壞橋體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而影響橋梁的安全性和今后使用狀況。所以在靜荷加載中采用的等梯度加載以防止橋體結(jié)構(gòu)形成意外損傷。加載通過(guò)增加一定重量的汽車數(shù)量作為加載等級(jí)，荷載汽車逐級(jí)上升，達(dá)到計(jì)算的最大安全荷載時(shí)一次卸載，每次增加荷載車輛時(shí)，車輛的時(shí)速不應(yīng)超過(guò)5 km/h，避免因?yàn)檐囕v震動(dòng)照成橋梁結(jié)構(gòu)的微小震動(dòng)。每次加載完成后或者卸載后到從各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間各有不同，這取決于橋體結(jié)構(gòu)受力變形達(dá)到穩(wěn)定相對(duì)快慢，只有當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，這個(gè)時(shí)候讀取的數(shù)據(jù)才是最有效的。

當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，得到的數(shù)據(jù)作為最后數(shù)據(jù)，這時(shí)即可進(jìn)入下一個(gè)加載級(jí)別，或者進(jìn)行最后的卸載。進(jìn)行靜荷加載時(shí)應(yīng)選取氣溫變化不大和橋體溫度基本穩(wěn)定不變的時(shí)間段來(lái)實(shí)行。當(dāng)最大變形點(diǎn)超過(guò)允許安全值時(shí)，應(yīng)立即停止荷載試驗(yàn)，及時(shí)卸載，以確保橋體安全。

3 動(dòng)載試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下引起的不同參數(shù)的變化，分析橋梁的頻率、阻尼和振型等模態(tài)參數(shù)進(jìn)行橋梁承載力評(píng)定。橋梁動(dòng)力特性是評(píng)定橋梁承載能力狀況的重要參數(shù)。這些參數(shù)是橋體的固有參數(shù)，可以真實(shí)反映橋體的動(dòng)力特性。

動(dòng)載試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定橋體受迫振動(dòng)和荷載突然加大時(shí)的動(dòng)力學(xué)特征，來(lái)實(shí)時(shí)判斷橋體的工作狀況和最大的荷載能力。與靜載不同，動(dòng)載需要不僅需要觀測(cè)位移變化，還需要掌握加速度以及振動(dòng)頻率的變化，所以需要在觀測(cè)點(diǎn)放置加速度和振動(dòng)頻率傳感器來(lái)實(shí)時(shí)了解橋體的動(dòng)態(tài)變化。動(dòng)載試驗(yàn)可以通過(guò)做脈動(dòng)試驗(yàn)和強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)得到相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.1 脈動(dòng)試驗(yàn)

脈動(dòng)檢測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)久的過(guò)程，前期需要在橋體上安裝高靈敏度的傳感器，長(zhǎng)時(shí)間記錄橋體受自然風(fēng)、水還有人為活動(dòng)中引起的結(jié)構(gòu)上的振動(dòng)，然后進(jìn)行波普分析，橋體這些輕微振動(dòng)一般是由中低頻率振動(dòng)所造成的，當(dāng)外界振動(dòng)的相位與橋體固有的振動(dòng)相位相同或者接近時(shí)，橋體就會(huì)吸收外界的激勵(lì)加強(qiáng)自己振動(dòng)幅度，相當(dāng)于吸收了外界的能量。當(dāng)為界的振動(dòng)相位與橋體相反時(shí)，橋體就有相當(dāng)一部分能量被抵消，結(jié)構(gòu)的振幅就下降。通過(guò)分析環(huán)境激勵(lì)的變化對(duì)橋體的振幅影響大小，可得到橋體在該環(huán)境激勵(lì)下的振型。橋梁動(dòng)載觀測(cè)點(diǎn)如圖1 所示。

圖1 傳感器布載點(diǎn)

3.2 強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)

強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)施加的頻率相對(duì)于脈動(dòng)試驗(yàn)的自然頻率更高些，通過(guò)試驗(yàn)車輛進(jìn)行動(dòng)力測(cè)試，檢測(cè)殼體結(jié)構(gòu)的繞度、扭轉(zhuǎn)、彎曲、剪力變化。強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)可分為剎車試驗(yàn)和跑車試驗(yàn)。

(1)剎車試驗(yàn)。

利用一輛載重一定的汽車行駛至橋體中部和四分之一處剎車，測(cè)量個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的頻率和振幅變化，重復(fù)一次。

(2)跑車試驗(yàn)。

采用兩輛車重一樣的汽車并排行駛在路段中央，每次以一定的速度梯度行駛，分別為10、20、30、40、50、60 km/h 測(cè)量橋體結(jié)構(gòu)在不同車速下的變化值，且要多次進(jìn)行平行試驗(yàn)。強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)內(nèi)容

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)查閱這些舊橋的歷史文獻(xiàn)，判斷現(xiàn)階段的橋梁的的損壞程度是否超過(guò)預(yù)期，來(lái)結(jié)合現(xiàn)階段的交通荷載情況確定是否需要進(jìn)行交通限流，來(lái)保證橋梁的整體安全性。

［1］宋一凡.公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［2］徐仲民.公路橋梁靜力荷載試驗(yàn)技術(shù)研究［J］.公路交通科技.

［3］馮瑋.荷載試驗(yàn)在橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)定中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水運(yùn)，第10卷第5 期.