桥梁检测动静荷载试验应用

周帆

（江西省交通工程质量监督站试验检测中心，江西南昌 330000）

0 引言

公路桥梁的运行稳定性、安全性对整个交通运行水平有直接影响，也关系到当地的经济与社会发展。在桥梁工程建设以及运维管理的过程中，充分利用动静荷载试验检测的方法，及时掌握目前的桥梁工程运行情况，发现问题采取针对性的处理措施，有效规避各种质量和安全问题，能够提高桥梁运行的总体效果。为此，需要对桥梁的动静荷载试验检测方法进行深入研究，使其应用更加科学合理、规范标准，结果更加准确有效，从而更好地服务于桥梁事业。采取案例分析的方法，可使研究分析更加直观、更加切合实际，故采取结合某桥梁动静荷载试验检测实际案例进行分析论证。

1 荷载试验

动静荷载检测对桥梁工程质量检测有重要意义，能够直观、准确地掌握桥梁的运行参数，如桥梁的受力、承载性能等参数，进而判断桥梁是否出现质量问题，对桥梁施工与养护工作的高效开展有重要意义。在实际应用中，可以将动静荷载检测相结合。

在静载试验阶段，检测人员需要给桥梁施加静力荷载，然后检测桥梁的多方面性能，通过分析检测结果，对比理论数据与实际数据的差异，分析梁体结构的挠度、应力变化情况，从而得出受力条件和承载力性能数据。

动载试验就是在不同速度的作用下，给桥梁施加横向、竖向的振动，进行动应变、动位移参数检测，然后确定桥梁的振动特性以及动力系数，分析动载条件下桥梁的运行状态。在承载力分析环节，一般通过参数进行计算，即可得到准确的结果，如果梁体的结构组成比较复杂，检测人员获取现场的数据后，需与结构设计图纸进行对比分析，并建立有限元模型展开数据分析。建设有限元模型时，检测结果与设计图纸相关数据差异较大，检测人员要及时从物理系数、几何参数方面进行修正，改进有限元模型，使有限元模型能够准确反映出桥梁的具体情况[1]。

2 桥梁荷载检测方法分析

2.1 静载试验方法

2.1.1 控制截面选择

控制截面是指进行静载试验时，对桥梁结构进行荷载施加的特定截面位置。合理选择控制截面可以准确测量和评估桥梁在静态荷载作用下的变形和应力情况，以下是静载试验中控制截面选择的要点：

第一，选择控制截面时，需要考虑桥梁结构的具体位置和功能，通常选择位于主梁、桥墩或桥台等关键位置的截面进行试验，以获得较为全面和准确的数据。第二，不同类型的桥梁结构有不同的特点。选择控制截面时，应考虑结构的几何形状、构造特点和荷载传递机制，以确保试验能够准确反映整个结构的响应情况和性能。第三，在静载试验中，应选择能够反映结构受力状况和变形分布的关键控制截面。这些截面通常在梁底或梁顶等位置，能够获得更具代表性的试验结果。第四，选择控制截面时，应考虑测量设备的安装和布置，以确保可以准确测量截面的变形和应力情况。同时，应确保荷载的施加方式和位置可控，以满足试验需要。选择控制截面后，需要进行合适的荷载施加和试验参数设置，通常包括施加载荷的类型、大小和施加速度等，以保证试验结果的准确性和可靠性。

2.1.2 确定试验荷载

在荷载试验阶段，检测人员以桥梁控制横截面的变形、内力等为依据，组合计算各项参数数据信息，并根据内力影响线进行布载分析，得出最终试验荷载。此外，为了提高荷载试验的效果，检测人员需结合具体的情况选择最佳的荷载效率系数，一般该系数为0.80～1.05。

2.1.3 静载试验结果的评价与分析

在静载试验中，校验系数是指在试验荷载作用下，结构应变（应力）或变形实测值与相应的理论计算值的比值，可用于评价与分析桥梁的使用情况。如果系数大于1，说明桥梁性能较差，安全性不足；如果系数等于1，说明满足使用要求；如果系数小于1，说明结构性能比较好，承载性能还存在一定富余量，有较高的安全储备。一般来说，不同的桥梁结构，其挠度、校验系数有一定的差异，所以要通过具体的试验对桥梁的使用状况进行分析[2]。

2.2 动载试验的方法

目前，主要应用跑车试验、脉动试验、跳跑车试验等动载试验方法。在动载试验开始之前，需要明确试验的目的和要求，并根据现场情况选择合适的试验方法。

跑车试验主要是基于车辆在桥梁路面行驶过程中产生的振动，通过获取桥梁的振动衰减、振动响应等数据，分析桥梁是否能够满足使用要求。在外部影响因素的作用下，桥梁结构会产生轻微的振动，这种振动被称为脉动。通过分析脉动特性，可以了解桥梁结构的运行性能。脉动频率中包含许多信息，其中最主要的是固有频率谐量，检测人员可通过脉冲试验分析桥梁的固有频率谐量，进而分析其健康状况。

在跳车试验中，需要在桥梁上选取合适部位，安装三角垫块，然后让试验车辆的后轮从垫块中下落，以冲击桥梁结构，并产生竖向振动。通过分析相关试验数据，了解桥梁结构的振动情况，对桥梁结构的振动特征进行分析，以了解桥梁结构的健康状况。

3 工程概况

某桥梁项目建设长度为155m，由两座不同时期建设的桥梁共同组成，两座桥梁间隔3.35m 的距离，跨径相同，应用的是预应力简支T 梁的结构形式。经过对现场勘察了解到，该桥梁采用的是双柱式加盖梁墩、台和钻孔灌注桩基础。桥面采用双向车道的形式，宽度分别为9m、7m，南北两侧设置人行道。该桥梁投入运营的时间比较长，现场结构损坏问题比较严重，故对其进行荷载试验分析。

4 案例桥梁试验检测

4.1 检测内容

在荷载试验检测环节，通过动静载试验，分析主梁结构承载性能，确定桥梁主体结构的运行状态，以便为后续的维护和保养提供依据。

4.2 布置测点

对桥梁进行综合分析，掌握桥梁主体结构的运行情况，并合理进行测点位置的布设。按照试验检测的要求，将桥墩从南到北编号为1～12 号，桥台为0～13号。按照现场试验标准，选择11 号跨和10 号跨进行检测。选择两点为位移检测点，设置在简支梁的支点、跨中截面的部位，监测点位的数据信息。

4.3 加载试验

在桥梁主体结构荷载试验中，选择跨中加载方式，加载重量为20t。分析桥跨主体结构的性能参数，进而分析其质量情况。

对主梁结构进行承载力试验检测，采用加载车载重量的方式。

5 静荷载试验结果分析

5.1 荷载分布

5.1.1 荷载试验系数分布情况

第一，现场进行取样检测，掌握各项测试的数据信息，并确定计算、分析方案。第二，跨中截面计算环节，采用弹性连续性计算方式。第三，在此次试验检测过程中，将荷载系数分为人群系数与汽车系数。人群系数1、2、3 号梁分别是0.713、0.457、0.2；汽车系数1、2、3 号梁分别是0.47、0.476、0.4。

5.1.2 分析结果

通过对各项试验系数分析发现，偏载发生后，一般会在三片梁中传输，说明桥梁的横向刚度不高。根据荷载试验测试结果，荷载横向分布的计算结果与实测结果存在较大误差，这是因为与荷载中心距离较远的梁体结构分担荷载能力不足[3]。

5.2 主梁承载力试验

对主梁结构进行加载试验，确定其弯矩参数。

荷载试验效率处于0.96～1.18 之间，荷载增加的情况下弯矩也随之升高，这时的试验弯矩达到了规定标准。

计算、分析位移参数，得出加载效率符合相关标准。计算挠度校验系数，处于0.621～1.28 之间，得出桥梁承载性能不足20t。

5.3 应力应变

应力应变检测阶段，现场试验环节通过电阻应变片数据采集系统完成，进行10、11 号跨的应力应变检测，设置5 个测点。分析试验结果，计算值小于跨中应变最小值，说明桥梁荷载能力不能达到工程要求。

5.4 混凝土应变检测

目前，应变检测主要应用应变测试分析系统、电阻应变片系统。对10、11 号跨的混凝土结构进行检测。根据检测结果，跨中混凝土应变最大值和计算值相同，说明10、11 号跨的混凝土结构达到承载力性能标准。同时，检测上述混凝土结构拉应力最大值，得出该结构存在裂缝。

5.5 综合评定

经试验检测与综合分析，认为该桥梁的承载性能不能达到标准要求。如果依然投入使用，容易引发安全事故，所以要及时进行修复处理。

6 动荷载试验

6.1 基本内容

第一，检测桥梁在动荷载条件下的自振频率。

第二，采用载重汽车，以不同速度对10、11 号跨进行行驶激振，获取冲击荷载参数信息，记录相关数据信息，用以分析桥梁特性[4]。

6.2 桥梁阻尼比和自振频率

分析桥梁动力特性时，目前主要应用自谱分析法，基于车辆的不同速度行驶速度，进行时域波形和自谱分析。按照目前的车载运行条件分析，设定阻尼比与自振频率参数，按照试验标准和规范展开试验操作。经检测发现，该桥梁的阻尼比超出正常范围，自振频率也大于正常值。同时，将实际测量频率与计算频率对比分析，发现实际测量频率较小，说明桥梁的刚度不足。

6.3 通行汽车的冲击系数

从桥梁位移测试、动荷载应变测试的测点中挑选3 个信号相对好的测点，分析相应数据，动荷载应变参数为1.26。通过分析应变波形，确定汽车对桥梁的冲击系数为1.21。

6.4 分析动荷载试验数据

经过对桥梁动荷载试验数据的分析发现，该桥梁的自振频率相对较小，说明结构性能较差。经过对每项数据展开分析，结合设计规范和与现场检查结论，得出该桥梁损坏情况严重，承载性能不达标，应及时采取养护措施。

7 动静荷载试验结论

第一，将试验检测结果与相关标准对比，得出该桥梁的承载性能不合格。

第二，因T 梁腹板结构的尺寸比较小，主梁结构的承载性能已经无法达到设计要求，该桥梁如果继续使用，易引发安全事故。

第三，按照我国当前的相关标准规定，该桥梁应满足Ⅱ级荷载标准，但经过荷载试验分析，其已无法达到该要求，将确定该桥梁为危桥。

8 桥梁检测动静荷载试验控制措施

8.1 提高检测人员技术水平

在桥梁动静荷载检测过程中，检测人员技术水平对检测结果有直接影响。检测人员需要具备较高的操作水平，以保证各项检测数据的精准性。因此，相关单位必须加强对检测人员的思想教育和执业能力培训，并定期对各级检测人员进行综合性的考核、评估，促进检测人员不断提高自身综合素质和工作能力，保证各项检测工作顺利开展[5]。

8.2 加强设备应用和管理

在桥梁荷载检测过程中，设备仪器有重要作用，对检测效果产生直接影响。为了提高检测结果的精确性，必须对仪器设备进行规范化、标准化管理。在仪器设备的应用过程中，需要做好各方面的管理工作，落实各项维护和保养措施，确保设备正常运行。

第一，采购设备时，需要关注设备的性能和质量，以提高检测的水平。第二，设备进入检测现场后，检测人员需要对设备进行全面检查。第三，仪器设备使用过程中，检测人员应严格按照规范化流程进行操作，提高检测效果。第四，为了保持设备的精度和性能，需定期组织设备保养工作，包括清洁、润滑和调整精度等，为精准检测提供保障。

9 结语

桥梁工程作为重要基础设施，建设数量日益增多，对社会的发展有重要意义。但是在桥梁投入使用后，由于交通量、超载车辆的增多，桥梁的损坏问题非常严重，案例桥梁的表现尤为典型。分析对案例桥梁实施动静荷载试验检测的方法、过程和结果，同时验证加强动静荷载检测方法的应用，分析各项试验数据，以期为相关工作人员提供参考，在工作中及时掌握桥梁的使用情况，为桥梁维护提供依据，从而保障桥梁的安全、稳定运行。