谈动载试验在高速公路桥梁检测中的应用

■武秉亚，王晓早 ■安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司，安徽 合肥 230601

高速公路在我国现代化进程中起到非常重要的作用，是国家飞速发展的桥梁，高速公路的飞速发展从另一方面反映了我国综合国力的提升。近些年来，我国的高速公路事业取得了显著的成就，桥梁作为高速公路的重要组成部分具有举足轻重的作用。大量的高速公路的建成运营，对于早期投入运营的桥梁会或多或少的出现一些破损现象，这对于桥梁的整体结构会产生潜在的危害，因此，对于桥梁的检测维修与养护显得异常重要。本文主要根据某高速公路的具体试验，进行桥梁动载试验，并简述动载试验在桥梁中的应用的具体方法。

1 动载实验概述

在进行高速公路桥梁的承载能力评定过程中，荷载试验是最为普遍的检测评定方法，他对于桥梁的整体受力性能和公路桥梁的运营承载力能准确客观的反映。如果对于桥梁的承载能力运营情况不明确，一般都对于高速公路桥梁的的安全性的检测研究一般需进行荷载试验。动载试验是荷载试验的一种形式。在公路桥梁荷载试验检测中，包括静载试验和动载试验。其中，静载试验是对高速公路桥梁进行静力荷载，然后对高速公路桥梁进行结构的检测，得以掌握高速公路桥梁应变和挠度在进行荷载试验下产生的变化，得出结论。在进行实际检测数据时与高速公路桥梁的理论的数据进行比较，校验的应力校验系数和挠度校验系数作为可参考与衡量的数据与标准，从而对高速公路桥梁的实际运行能力和承载能力进行准确的评估。在进行高速公里桥梁承载力进行评定过程中，必须要选取科学的理论与准确的方法进行计算。对于公路桥梁结构较复杂的现象，进行试验的技术人员就有必要建立有限元模型。有限元模型主要是依据公路桥梁施工设计图纸和实际的测量数据进行及时准确的修改，使复杂的桥梁结构数据得以准确清晰的体现。在进行修改过程中，可以运用动载试验检测结果对有限元模型进行修改，其中修改的内容主要是有限元模型的几何参数以及物理学参数，以保证荷载试验结果与有限元模型在数据及结果上保持动力特性相一致。

2 工程概况

本文选取的试验桥梁为某高速公路主线上跨桥，试验段为该桥第二联，其上部结构为52.995m+52.995m，采用连续钢箱梁结构，下部采用柱式桥墩接承台桩基础。桥面布置为:0.5m(护栏)+9.5m(行车道)+0.5m(护栏)，全宽10.5m。该桥钢箱梁于2012 年5 月份检测发现内部出现大量焊缝开裂，并于2012 年6 月进行了焊缝补焊修复，本次动载试验对修复后的钢箱梁进行检测。

3 动载试验

3.1 动载试验测试内容

(1)行车动力响应试验。a.跑车试验:选取一辆360KN 重车分别采用不同的时速(10km/h，20km/h，30km/h，40km/h，50km/h)，在桥面中心处进行匀速行驶，当车在桥上时为车桥联合震动，当车跨出桥后为自由衰减震动，在此期间，进行桥梁跨体的竖向动力响应的测试及其动态增大效应。b.跳车试验:本实例采用360KN 的重车进行跳车试验，在跨中截面车辆后轴位置设置一块长为50 厘米，高为10 厘米的三角垫块，斜边朝向汽车。汽车匀速通过三角垫块后，立即停止。模拟桥面铺装局部损伤状态，测定桥跨结构在桥面不良状态时运行车辆荷载作用下的动力反应。c.刹车试验:选取一辆360KN 的重车以每小时20 千米的时速在桥面中心进行匀速行驶，在试验截面的位置进行紧急刹车，使桥梁产生水平振动，并以此为数据进行桥梁的震动相应测试。

(2)脉动试验。公路桥梁桥面上，在没有汽车或者其他环境因素对桥梁产生干扰的情况下，通过高灵敏度动力测试实验系统对桥梁进行由风荷载、地脉动、水流等随机荷载机振引起小微振动的测试实验，测试桥梁结构的自振频率、振型和阻尼比等桥梁动力特性参数。

3.2 测试截面和测点布置

本测试运用的是有限元模型程序，运用有限元程序可以对桥梁进行动力分析，从而在理论上得出振型和自振频率。行车动力响应试验断面选择在桥梁第二联第一跨跨中，观测点布设在地板中心位置，如图1 所示。脉动试验测试断面选择在桥跨的八等分点以及桥墩上，传感器布设在距护栏100mm 的位置上。测试断面上测点布置如图2 所示。

图1 行车动力响应观点布置图(单位:cm)

图2 脉动试验测点布置图(单位:cm)

4 动载试验结果及分析

4.1 行车动力响应试验结果

试验跨在40km/h 匀速行驶的车辆作用下，观测点的竖向动态位移值最大，其竖向动挠度曲线图如图3 所示。

图3 动挠度曲线

冲击系数是对桥梁的运行阶段的反映，是其工作状态的一个重要指标，冲击系数和桥梁的线型、桥面的平整度、行驶车辆的动力性能都存在直接的对应关系。此次检测实测竖向动态位移值最大为28.45mm，实测冲击系数最大值为1.0321;桥梁在车辆动态荷载作用下引起的竖向动态位移值及冲击系数相对较小，说明桥梁自身的动力特性较好，车辆动荷载对桥梁的动态影响小。

4.2 脉动试验结果

对脉动测试信号的测试进行分析后，得出桥梁在前两个阶段频率及阻尼比。动力特性分析所采用的软件为MIDAS/CIVIL，桥面的铺装在不考虑对结构钢度的影响下分配到各节点上。

表1 实测频率及阻尼比表

模态试验结果表明，桥梁各阶竖弯模态实测振型与理论振型非常吻合，说明测试结果良好、可信。自振频率实测值均大于理论值，这说明该桥整体刚度较好，有较强的抗冲击性能，即结构动力特性能够满足设计要求。

4.3 动载试验结果分析

根据桥梁的动荷载试验的实际测量频率、阻尼比和冲击系数的研究，并结合动力响应的分析，现得出以下结论。

(1)本次进行试验的桥梁架构的竖向频率的实际测量值和理论计算值两者具有较好的吻合性，一阶、二阶的频率的实际测量结果大于理论计算数据，结构的设计的刚度满足设计要求，符合规定。脉动试验得出试验跨桥梁结构的一、二阶振型与理论分析振型吻合。

(2)在进行跑、跳车的及刹车的载荷试验中，其结构的各部位均运行正常，冲击系数实测值较小，表明桥梁的动力性能处于优良状态。

5 结束语

随着我国的不断发展，我国公路桥梁事业取得了长足的发展，该事业的不断发展为我国的经济健康发展提供了比较便利的条件，对我国建筑方面的成功发展提供方向。为桥梁的验收工作提供了极大的便利。公路桥梁工程中的荷载实验为一项比较复杂、细致的工作，并且该种试验具有较高的技术含量，其涉及面也较为广泛。桥梁的动载试验在进行实际试验中，其操作的时间较短，陈本较低，方法边界等诸多优点，在近些年的桥梁检测评估等试验中进行广泛的推广应用。虽然我国目前的动载试验在进行实际操作中存在一定的局限性，但是我国公路各方面的制度的不断发展，其发展前景比较受到广泛的关注。

［1］刘星兴.荷载试验在公路桥梁检测中的应用探析［J］.黑龙江交通科技，2015，01∶167.

［2］毕硕松.单梁动静载试验快速检测技术研究［D］.长安大学，2013.

［3］邵转吉.桥梁检测与加固方案经济分析研究［D］.兰州理工大学，2012.

［4］刘自明.桥梁工程检测手册(第二版)［D］.人民交通出版社，2010.