荷载试验在桥梁检测中的应用

生卫民

（中国水利水电第八工程局有限公司科研设计研究院 湖南长沙 410000）

引言

我国的很多桥梁都建设在很多年前，但是因为缺少必要的维护保养使得桥梁的破坏较为严重，承载力下降较多，存在着一定的交通隐患。近些年来我国经济得到了快速发展，交通运输能力也有了较大提升，这就造成了很多桥梁承载力以及通行能力无法满足现在交通发展需要，若是完全将这些桥梁拆除重建不但会消耗大量人力物力、严重影响交通情况，同时也会产生较多建筑垃圾，造成严重浪费。所以需要通过有效的检测方式来评定桥梁的承载能力，从而实施科学的加固，最大程度上确保现行交通不会受到干扰。从目前来看，对于桥梁结构和新建的桥梁承载能力评定最为直接有效的方法就是桥梁的荷载试验（主要包括静载试验以及动载试验），通过荷载试验能够检测到桥梁的实际承载能力，对于采取针对性的加固措施具有非常重要的意义。

1 案例基本情况分析

某桥梁处于我国某省会城市，连接2条南北方向的主要公路。但是经过多年的应用此桥梁受到了严重的损坏，行车条件较为恶劣。随着该地区经济的快速发展以及交通运输量的不断提升，原有桥梁已无法满足经济发展需要，所以需要对其进行改造，这对于进一步提升交通基础设施建设以及推动当地经济发展具有非常重要的作用和意义。该桥梁属于3孔16跨的预应力混凝土简支空心板桥，该桥采取两车道双向行车，桥面宽度达到9.5m，设计的行车速度达到80km/h，设计载荷达到汽-20，挂-100。

2 静载试验情况

2.1 试验目的

（1）利用静载试验能够明确桥梁现有结构工作情况，明确桥梁具体工作是否满足设计要求或是否处在正常状态；

（2）利用静载试验能够对桥梁结构以及施工质量进行检验，可以对桥梁承载能力以及工作情况实施综合性评价；

（3）可以提供桥梁的维护依据，确保桥梁能够正确使用、维修以及养护。

2.2 试验荷载的确定、荷载效率分析以及加载工况分析

（1）对于桥梁进行静载试验时可以通过汽车方式进行加载，可以通过38t自卸车以及24t桥检车来进行。

（2）荷载效率分析

静载试验的效率可以用如下公式表示：

其中Ss表示的为静载试验荷载作用下控制截面内力计算值；s表示的是控制荷载作用下控制截面内力计算值；μ表示的为冲击系数。

（3）加载工况情况分析

为了能够确定桥梁最危险情况，在进行加载时需要按照极限情况进行，所以横桥向时可以通过两列车队进行偏心加载，纵桥向时可以根据跨中截面弯矩以及挠度最大的位置进行加载。

2.3 理论计算内容

（1）有关荷载横向分布系数的计算内容

在进行荷载横向分布系数计算时可以根据刚性横梁法来进行。桥面的具体情况如表1所示。

表1 桥面不同区域横向描述

案例中的主梁间距为7×1.19m，其中主梁的抗弯惯矩为8×0.036m4，抗扭修正系数为1.0。通过上述的相关内容计算所得横向分布系数如表2所示。

表2 横向分布系数

（2）标准载荷作用下弯矩的情况

可以参照不同梁片的横向分布系数来计算不同梁跨中截面在标准载荷情况下的弯矩，所得结果如表3所示。

表3 标准载荷作用下弯矩的情况

（3）标准载荷情况以及试验载荷情况的对比分析

标准载荷情况以及试验载荷情况的对比分析如表4所示。

表4 标准载荷情况以及试验载荷情况的对比分析结果

从表4中能够得知，不同情况下的试验载荷效率都在0.8～1范围内，那么标准规定。

2.4 静载试验测试结果分析

（1）对于桥梁承载能力的测评方式

在进行桥梁承载能力测评过程中可以通过实测结构校验系数来进行，此系数主要是通过试验的实测值和理论值应力或者挠度之比得到的，其能够充分反映出桥梁结构的实际工作状态。如果结构校验系数≤1，就说明理论计算还处在较为安全的情况，桥梁结构还具有相应的安全储备，这就在一定程度上表明桥梁结构工作情况良好。

（2）不同工况下梁底应变测试分析

在静载试验中所测得的应变值都是加载之后的应变增量值，通过理论计算所得到的应变增量值和实测所得到的应变增量值能够得知，试验两跨的实测混凝土应变都小于理论计算值，应变检验系数控制在0.23～0.77范围内，这就说明所实验的桥梁承载能力处在正常范围内。

3 动载试验的情况

3.1 动载试验常用方法

桥梁荷载试验中较为常用的动载试验方法为激振方法，较为常用的激振方法主要包括：

（1）强迫振动法。也可以称之为共振法，主要是利用激振仪对于桥梁整体结构施加激振力，利用差异性的激振力频率来确保桥梁整个结构都能够共振，从共振的实际结果来判定桥梁动力特性。

（2）瞬态激振法。也可以称之为自振法，主要是使得桥梁产生具有阻尼的自由衰减振动，之后形成桥梁的衰减振动曲线，以此来判定其结构动力特性。

（3）脉动法。主要是利用桥梁周边设施（例如车辆等）所产生的振动来使得桥梁结构发生微小且不规则的振动方法，此种方法不但能够获取准确的桥梁固有频率，同时也能够索塔及大跨度桥梁进行判定。

3.2 动载试验数据的分析以及测定

一般情况下对于桥梁结构的动力特性进行测定时可以采取“时域分析”以及“频域分析”两种方式进行。其中“时域分析”主要就是指对时程曲线进行分析，之后得到相应的参数，包括：振型、阻尼比、冲击系数等；“频域分析”主要就是指利用变换针对来处理时域信号，之后来有效判定结构频率和分布特性。

（1）在进行固有频率测定过程中，需要通过相应的实体试验来进行，在实验过程中需要参照实测记录中的测试体系中的功率谱图分析时域历程曲线、峰值和相关图纸等等，同时也要进行桥梁承重结构动刚度的计算。针对不同的结构形式需要采取不同的对比分析，相对简单的结构在进行动力分析时只需要进行一阶频率分析，相对复杂的结构在进行动力分析时就要测试一阶、二阶以及更高阶频率。若是实际测量值＜理论计算值，表明桥梁结构实际刚度较大，桥梁结构处于正常状态；若是实际测量值＞理论计算值，表明桥梁结构实际刚度较小，桥梁结构处于非正常状态。

（2）在进行阻尼测定过程中，桥梁结构阻尼特性容易受到某些因素的影响，例如阻尼比D、对数衰减率等等。阻尼测定时可以利用较为常用的测试体系软件来进行，同时也可以在功率图谱中通过半功率带宽法来进行阻尼计算。一般情况下桥梁结构阻尼在0.01～0.08范围，如果桥梁阻尼处在较大区间就说明桥梁结构过于耗能，同时阻尼较大也会造成很多异常问题，例如支座工作异常、结构有裂缝、均质程度较差等等。

（3）在进行振型测定过程中可以通过共振法来进行。主要是将不同传感器布设在桥梁结构相应部位上，若是激振设备能够使得桥梁结构发生共振就可以将桥梁结构不同位置振幅和相位进行有效记录，之后对于不同测定振幅和相位进行振型曲线的绘制。

4 结束语

本文通过静载试验以及动载试验两种方式进行了桥梁检测方面的阐述，通过介绍对荷载试验在桥梁检测方面的应用提供一定参考和帮助。