基于不中断交通的桥梁试验方法研究

摘要：桥梁工程是公路交通运输的重要组成部分，其质量问题备受关注。在桥梁的使用过程中，受各种因素的影响，可能会出现相应的病害，降低结构整体的稳定性，对此需要做好桥梁试验，以及时发现桥梁中存在的隐患和问题。文章对桥梁试验的内容及作用进行了分析，并对比传统的桥梁试验方法对不中断交通的新型桥梁试验方法进行了讨论。

关键词：不中断交通；桥梁试验方法；荷载试验；桥梁工程；公路交通运输 文献标识码：A

中图分类号：U443 文章编号：1009-2374（2016）14-0095-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.048

经济的快速发展使得人们的生活水平不断提高，汽车作为一种方便快捷的交通工具也开始进入了普通家庭中，使得公路交通运输得到了繁荣，公路桥梁工程的数量也随之不断增加。在这种情况下，许多使用年限较长的桥梁都出现了各种各样的问题和缺陷，严重威胁着行车安全。传统的桥梁荷载试验方法需要阻断交通，给人们的出行带来很大的不便。对此，这里对一种基于不中断交通的桥梁试验方法进行了研究和讨论。

1 桥梁试验的内容及作用

通常来讲，桥梁试验主要是指桥梁荷载试验，具体的试验方法是对桥梁结构施加已知的外部荷载，然后观测在荷载作用下桥梁结构的各种反应参数，实现对桥梁结构工作状态以及力学模型的把握，结合相应的理论分析，推算出桥梁的极限承载能力，评估结构安全度。桥梁荷载试验是桥梁运营管理中一个非常重要的内容，主要应用于以下三个方面：

1.1 桥梁验收

在对新建桥梁进行验收时，通过荷载试验，可以对桥梁主体结构的承载能力以及工作性能进行检验，与相关标准对比后，可以评估其是否能够满足安全运行的要求。同时，通过对桥梁受力情况以及静动力特性的检测，能够为桥梁的养护管理工作提供切实有效的参考依据，为后续桥梁工程设计的优化和结构的改进等积累

经验。

1.2 旧桥鉴定

对既有桥梁工程进行实验，可以及时发现其中存在的问题和隐患，确定桥梁结构的安全状态，对其进行相应的加固处理，保证桥梁的使用安全，也可以为桥梁的限重、改建等提供依据。

1.3 安全监测

通过桥梁荷载试验，可以做到以下两点：（1）能够及时把握桥梁结构的变化；（2）可以对桥梁的状态进行评估，对养护管理工作进行指导，对桥梁的安全使用寿命进行预测，减少安全事故的发生。

2 传统桥梁试验方法存在的问题

传统的桥梁荷载试验方法可以根据施加的外部荷载的不同分为两种不同的形式：（1）静载试验，要求对交通进行封锁，在静止状态下进行加载试验，对相应的静力参数进行测量，了解桥梁结构在荷载下的变形情况、应力变化以及裂缝发育等，从而判断桥梁主体的强度、刚度等。这种方法是最为常用，同时最为可靠，原理相对简单，便于理解和接受；（2）动载试验，同样可以分为两种不同的类型，一种是针对桥梁在环境因素激发下所产生的振动信息进行测试，对结构的自振频率、阻尼等动力参数进行分析，另一种则是利用试验车辆，以不同速度通过桥梁，测量其对于桥梁结构的振动激励，进而结合得到的特征参数对桥梁结构的动力性能以及安全状况进行评估。与静载试验相比，动载试验融合了振动理论、系统识别、信号采集等技术，是桥梁结构性能测试的一种非常有效的方法。

不过，在实际应用中传统的桥梁试验方法也暴露出了一些不足和问题：（1）针对的多是新建桥梁工程，对于既有桥梁，传统的荷载试验方法在信息获取方面存在着一定的不足，无法可靠地对桥梁在荷载作用下的结构状态进行反映；（2）对于人力物力和时间成本的消耗较大，仅适用于一些大型的桥梁工程，对于占据绝大多数比例的中小型桥梁并不适用；（3）在试验过程中，需要进行交通封锁，给人们的出行带来了很大的不便。

3 基于不中断交通的桥梁试验方法

针对传统桥梁试验方法中存在的问题，这里采用了一种不中断交通的桥梁试验方法，不仅能够实现对于新建桥梁工程的试验，还能够直接用于旧桥的检测。在现行的《公路旧桥承载能力鉴定方法》中，对于旧桥的鉴定需要包括现状检查、结构验算以及荷载试验三个方面的内容。其中现状检查是首要环节，同时也是至关重要的环节，结构验算则是关键，荷载试验实际上仅仅是为了进行验证和补充。在现有的标准中，将荷载试验放在了桥梁检测的最终环节，主要是受传统静载试验方法的影响，需要对桥梁施加理论计算的最大载荷，对桥梁的工作性能和承载能力进行验证，在得到相应结论的同时，会增加试验风险，因此需要先做好桥梁结构的检查和分析，这就使得旧桥检测的周期和经费大大增加。

与之相比，不中断交通的桥梁试验能够在保持桥梁正常通行的情况下，对桥梁结构的荷载反应进行采集，不存在附加风险，可以作为桥梁现状检查的一种补充，使得结构验算结果更加切合实际。具体来讲，试验主要是检测随机通行车辆对于桥梁的振动激励，获取相应的振动信号，通过对信号的分析整理，能够得到桥梁结构的动力特性及动力响应特性的一些主要参数，如阻尼、动位移、加速度、动力系数等。这里主要对桥梁随机振动信号进行相应的功率密度分析，分析步骤如下：（1）对振动优势频率的范围进行评估，设定频率上限为fc，然后进行相应的抗混滤波处理，去除高于fc的频率成分；（2）对分析要求的频率分辨率进行确定，Be=△fe；（3）确定采样间隔，使得采样频率fs>2fc；（4）按照频率分辨率，对单个分析长度进行确定，有△fe，然后对原始数据进行窗处理；（5）依照N0=Te/△关系式，对单个分析长度的采样点数进行确定，并通过补零法，将其整理为N0+NX=2M=N，其中M为正整数；（6）将分析要求的精度确定在20%～25%的范围内，并结合分析精度

，决定进行平滑处理所需的分段数q，有q=1/，代入相应的数值，可以得到q的取值范围为16～25段；（7）对能够满足上述所有要求的最小记录长度进行计算，有最小记录长度为Tmin=qTe；（8）结合FFT算法，对单边功率谱离散值进行计算，则有，（k=0，1，2，…，N-1），对其进行窗处理，则G'k，（k=0，1，2，…，N-1），再次进行补零修正，得到G"k，（k=0，1，2，…，N-1）；（9）对得到的结果进行平滑处理后，就可以获得单边功率谱离散值的修正值。

这里结合具体的工程案例，对不中断交通的桥梁试验方法的应用效果进行分析。某桥梁工程是连接两个城区的唯一通道，交通流量巨大，全天24h不间断，为了减少桥梁结构检测对于交通运输的影响，采用不中断交通的桥梁试验方法，对其动力特性和动力响应进行分析和评估。为了确保结果的准确性与可靠性，采用了专业的信号采集设备和分析系统，系统构成见表1：

选择桥梁第3跨石拱桥以及第4、5跨混凝土肋拱桥为试验区域，设置6个观测截面，并在每一个截面设置相应的横向、纵向和竖向观测点。试验结果显示，结构自身并没有明显的连拱效应，边跨的低频较中跨低频略低，振幅则远远高出，与现状检查中发现的边跨拱肋砌缝空隙和脱落严重的现象一致，表明其刚度相对较差。石拱桥实际测量中，第1振型为1阶面横向弯曲振动，振动频率为5.30Hz，第2振型为1阶面竖向弯曲振动，振动频率为6.01Hz，表明其竖向和横向的刚度较大。综合实验结果，桥梁结构整体相对稳定，能够满足安全使用的要求。但是由于边跨肋拱的刚度较差，存在空隙与脱落的情况，需要及时进行加固处理。

4 结语

为了进一步提升桥梁试验的效率，保证试验结构的质量，在桥路面上临时设置了信号灯，并对系统进行了调平处理。与传统桥梁试验方法相比，不中断交通的桥梁试验方法不会影响正常的交通运输，能够用于桥梁的病害检测与寿命评估，具有安全、经济、高效的优点，不过还需要不断完善，总结出更加健全的试验方法，才能够充分发挥其优势。

参考文献

[1] 张辉.交通通畅情况下桥梁试验方法分析[J].交通科技与经济，2010，12（6）.

[2] 伍育钧，张宇峰，张令弥，郑岗.不中断交通的梁式桥梁试验与状态评估技术[J].现代交通技术，2012，9（3）.

[3] 陈亚东.科学实用的桥梁检测与评估方法研究[J].商情，2012，（1）.

[4] 连启滨，杨玮，冯江.不中断交通的桥梁试验方法初探[J].公路交通技术，2005，（S1）.

[5] 林贤坤，覃柏英，郭琴涛，张令弥.基于不中断交通运行模态分析的模态挠度法在桥梁状态评估中的应用[J].振动与冲击，2013，32（14）.

作者简介：高超（1985-），男，江苏镇江人，江苏省交通工程集团有限公司中级工程师，研究方向：道路与桥梁。

（责任编辑：小 燕）