公路桥梁荷载试验过程控制要点分析

蹇钢

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

随着基础建设工程数量的不断增加，我国公路桥梁工程建设规模越来越大，而一些早期建设的公路桥梁逐渐进入老龄化阶段，因此必须开展荷载试验进行质量检查，进而采用科学合理的养护措施对其进行养护，保证早期公路桥梁的运输服务功能不受影响。通过荷载试验，可以对公路桥梁的承载能力进行分析与检查，这是我国现阶段保证公路桥梁质量，维护交通行业运输安全的关键措施与重要手段。

1 需要开展荷载试验的公路桥梁

首先，需要对一些新建的大跨度公路桥梁进行荷载试验。由于这类公路桥梁承担的应力较大，且使用了全新的建筑结构、建筑材料和建筑工艺，因此有必要通过荷载试验来分析其荷载能力。其次，需要对通行特种车辆的新旧公路桥梁进行荷载试验。由于这类公路桥梁需要承载重量大的特种车辆，为了确保公路桥梁的安全运转，需要分析日常使用期间的最大荷载量，开展公路桥梁荷载试验。再次，需要对刚刚修复、改建的旧公路桥梁进行荷载试验。为了验证修复、改建后公路桥梁的效果和质量，需要进行验收和等级鉴定，分析并确认公路桥梁的荷载能力。最后，对于年久失修，缺乏以往设计、施工数据的旧公路桥梁，为了更好地判断其是否能承载对应的荷载要求，也需要开展荷载试验工作[1]。

2 荷载试验种类

公路桥梁荷载试验主要分为两种类型，分别是静载试验与动载试验。

2.1 静载试验

首先，静载试验的主要对象是针对一些外观检测发现施工质量较差，并且存在明确施工缺陷的公路桥梁。在开展静载试验的过程中，需要对不同的桥梁类型进行分析，以选择适当的处理方式。例如，对于简支梁结构的桥梁，主要是检测主梁跨中截面正弯矩、挠度或梁端斜截面剪力。对于连续梁的梁桥结构，需要检测截面弯矩及剪力，查看挠度是否适中。对于悬臂梁的桥梁结构，需要检测截面、负弯矩以及梁端剪力等，查看挠度与弯矩是否符合要求。至于目前比较常见的钢架桥，则需要检测截面以及挠度变化量等。

其次，进行静载试验之前，需要确定试验的荷载量。第一，要对公路桥梁结构或设计中荷载最低的数值进行计算。

第二，根据荷载规范和实际使用情况，确定适当的荷载组合。常见的荷载包括自重荷载、活载（如车辆、行人）、温度荷载、风荷载等。荷载组合的确定需根据桥梁设计需求，以及可能出现的不同工况进行估算。

第三，为确保试验过程中桥梁的安全性，通常会在设计荷载的基础上增设安全系数。这样可以在试验过程中模拟实际使用情况下的额外荷载，确保桥梁在试验期间不会出现失稳或破坏[2]。

基于以上分析和计算结果，制订具体的荷载试验方案，包括施加荷载的位置、大小、持续时间等。图1为桥梁开展静载试验的示意图。

图1 桥梁静载试验示意图（单位：cm）

在图1 所示的桥梁静载试验过程中，分别针对不同的项目进行试验检测。

最后，需要分析评价静载试验的实际结果。在公路桥梁结构中，主要的评价指标设定为校验系数n。通常情况下，校验系数n 是固定的，也就是静载试验值与理论计算值的比值是基本固定的。如果n=1，说明静载试验值与理论计算值完全符合；如果n＜1，说明公路桥梁结构性能较好，且存在安全余量；如果n＞1，则说明公路桥梁工作性能较差。不同的公路桥梁结构具有不同的校验系数，例如，性能达标的钢筋混凝土板桥应变校验系数应为0.2～0.4，挠度校验系数应为0.2～0.5。此外，生活中较为常见的钢筋混凝土梁桥、预应力混凝土桥等公路桥梁结构，这两项数据各不相同。

2.2 动载试验

为了分析公路桥梁结构的工作性能，需要考虑公路桥梁的动力特性，这是一种重要的评判方式。在实际使用过程中，车辆通行和风力等动力会导致桥梁产生微小的振动，抵抗振动的能力就是动力特性。动载试验可以对桥梁的运行状态进行分析。通过对桥梁振动频率和振动方式进行考量，可以更加准确地识别出桥梁结构发生的各种损伤情况。与静载试验相比，动载试验能更加准确地把握桥梁当前的实际性能状态。但是，目前的技术仅能对桥梁振动频率进行检测，难以准确测量桥梁的振动方式。

公路桥梁动载试验主要分为以下三种方式：环境脉动激励试验、车辆冲击试验和激振器强迫振动试验[3]。

2.2.1 环境脉动激励试验

环境脉动激励试验与附近的激励源类别及特性之间有着紧密的联系。不同的激励源产生的频带范围和频率幅度各不相同。例如，由于车辆交通引发的振动，幅度通常不会超过0.2m/s，频带范围在80Hz 以下，而风荷载带来的频带范围则处于10Hz 以下。不同荷载带来的影响会随着桥梁所处位置的不同而发生变化，与诸多影响因素紧密相连。因此，在分析过程中，可以将环境脉动激励信号简化为随机白噪声。这样可以对结构在环境随机脉动激励下产生的振动信号进行分析，以得到结构的频率、振动类型和阻尼大小等。这种试验方式无需大型设备就能够起到检测效果，在一些超大跨度桥梁结构检测方面有重要价值。

2.2.2 车辆冲击试验

车辆冲击试验可按车辆激励方式进行划分，分为跑车试验、制动试验和跳车试验。在公路桥梁运行过程中，车辆荷载是主要荷载之一。在试验中模拟车辆对公路桥梁造成的各种行为影响，能够更好地把握公路桥梁的实际承载能力和工作水平。公路桥梁的工作质量主要取决于车辆与桥梁之间发生的反应，彼此之间的机理相对较为复杂，通过冲击试验，能够直接呈现出结果，省略计算过程[4]。图2 为某大桥车辆冲击试验现场情况。

图2 车辆冲击试验

2.2.3 激振器强迫振动试验

激振器强迫振动试验需要的仪器数量比较多，并且在试验过程中禁止车辆通行。同时，激振器强迫振动试验需要的周期也比较长，因此这一检测方式通常应用于新桥梁试运行期间。激振器强迫振动试验是通过运作激振器引发桥梁的大幅度振动，其检测的参数往往较为全面，检测精确度也比较高，使用这种方式能够更加准确地把握桥梁的动力特征。这种检测技术对桥梁结构的稳固可起到促进作用。

3 公路桥梁荷载试验控制要点

无论进行静载试验还是动载试验，都包括三个步骤：首先要准备试验，完成相应的处理工作；其次是推进试验；最后是进行试验后期的有效控制。接下来对这三个方面展开研究，讨论试验要点。

3.1 试验准备阶段控制要点

试验方案的合理性与完善程度关系到是否能展现出结构的整体性能。此外，合适的加载工况可以极大地提升现场试验检测效率。试验前需对桥梁的设计方案、设计图纸、工程资料进行详细分析，并结合现场的实际情况、环境、试验经验进行考量。确定试验方案后，现场施工人员可根据方案对施工点进行调整与测试[5]。

由于荷载试验需要使用车辆来模拟荷载，必须提前与加载车辆进行联系，避免影响试验的顺利开展。若公路桥梁的交通流量较大，需与当地交通管理部门及时沟通，制订导行方案，避免造成严重拥堵。若在夜晚或温度较低的环境下进行荷载试验，需准备照明设备与保温设备，保证试验的准确性。此外，试验过程中需对使用的所有设备进行连接与测试，以确保设备状态良好且电源充足，可随时投入使用[6]。

在荷载试验正式开始前，需结合安全施工基本要求，对试验进行改进与完善，确保准备工作的全面性和完善性。针对突发情况，需积极分析，制订合理的工作模式与方案，这对试验的顺利开展具有重要意义。

3.2 试验测试阶段控制要点

完成试验准备工作后，进入现场测试环节。在现场指挥过程中，涉及众多工作人员及不同工种，因此需保证人员间的及时沟通与协调，服从统筹安排。试验期间，合理的指挥与分工对提高工作效率至关重要。尤其在大跨度桥梁检测过程中，检测时间较长，明确各自的任务能保证工作顺利进行。

试验过程中，需按照试验环节的重要工作内容，将不同工作环节的责任划分给不同的工作人员。现场工作人员要充分交流、及时沟通，了解自己承担的项目及任务。这样可以更轻松地开展试验，处理各项工作方案，对数据进行优化，完成理论数据的对比分析，对异常数据或情况及时做出判断与调整，提升检测效率。此外，现场工作人员还要对各类数据进行及时记录，以保证数据的完整性[7]。

3.3 试验后期控制要点

完成检测任务后，荷载试验工作尚未结束，需对所有数据进行统筹分析，出具荷载试验报告，得出科学完善的公路桥梁荷载试验结论。这一过程中，工作人员需充分检查数据是否合理，对数据进行准确分析，以便得出最客观的数据报告内容，对桥梁的性能进行总结和评价，这对公路桥梁荷载能力的评估具有重要意义。

首先，需要对试验采集到的数据进行综合分析和处理，确保数据的准确性和可靠性。

其次，根据试验结果，对桥梁结构的安全性进行评估，判断其是否符合设计要求和规范标准。

再次，通过试验数据和结构监测系统，对桥梁损伤进行检测和评估，及时发现并处理可能存在的缺陷和损伤。除此之外，通过试验数据和数值模拟，深入分析荷载对桥梁结构的影响，了解桥梁在不同工况下的受力特点和变形情况。

最后，根据试验结果和结构评估结果，对桥梁的承载能力进行评估，并提出必要的加固设计方案，以确保桥梁的安全运行。另外，总结试验结果，编写详细的技术报告，对桥梁结构的问题和改进方向提出专业建议，为后续的工程实施提供依据。

4 结语

公路桥梁荷载试验是一项较为复杂的工作，且对精细化要求比较高，无论是荷载试验的准备还是实际开展荷载试验的流程，都需要得到优化与改进，工作人员要具备完善的理论知识以及丰富的工作经验，以更高效地完成荷载试验工作，为公路桥梁的安全性做出实际贡献。