论动静荷载试验在桥梁检测中的应用

2014-09-06赵赛雷

黑龙江交通科技 2014年3期

赵赛雷

(贵州省交通科学研究院有限责任公司)

随着社会经济的日益发展，我国运输行业开始向大型重载运输发展，对现有桥梁和新建桥梁的运输承载力要求更高。为了确保运输顺畅，桥梁安全稳固，及为今后的桥梁养护、维修、加固工作提供依据，需对桥梁进行检测与判定。以下将以某桥梁工程为例，详细阐述动载试验和静载试验桥梁检测中的应用方法。

1 工程概况

某桥梁工程建于1988年，全桥长1040.64m，29孔，边孔跨径29.035m，中孔跨径3329m，桥面净宽(0.85+7+0.85)m;上部结构为悬臂悬链线空腹式双曲拱，悬臂长4.50m，主拱跨径20m;下部结构为群桩基础，砌块是重力式墩、台。为检测该桥梁的工作性能，工程人员对该桥进行了静载和动载检测，设计荷载为汽-13，拖-60。

2 静载试验

桥梁静载试验是目前检测桥梁结构性能或工程质量的重要试验方法，它的原理是将静止荷载作用在桥梁指定位置，然后对桥梁结构产生的静力位移、静力应变、沉降、裂缝等参量进行测试，并依据国家有关桥梁工程规范和工程标准，对桥梁结构在荷载作用下的性能及承载能力作出判断，评价桥梁的可靠性和安全性。

2.1 静载试验荷载位置和测试参量的选择

静载实验的目的是了解桥梁的实际承载能力和使用条件，因此，对新建桥梁进行静载试验检测荷载位置应选择桥梁设计和施工的薄弱点或有相关规范标准的地方，对既有桥梁荷载位置选择桥梁工作性能较差、病害较严重等不利于受力的孔或墩进行静载试验。该桥梁属于旧桥应选择病害较严重孔、墩为荷载试验荷载位置。我国新建和既有桥梁的样式有许多种，为了方便桥梁维修加固和运营管理，相关桥梁工程规范对几种常见主要桥型静载试验需要检测的荷载参量作了规定，具体内容如表1所示。

表1 几种主要桥型的加载试验截面及内容

2.2 试验荷载的确定

试验荷载的选定方法为:首先需要知道桥梁设计的相关荷载参数，接着计算出桥梁结构在不同荷载下控制截面的荷载参量，从中选择达到控制截面的最大承载界限的荷载作为该截面的控制荷载，并根据计算数据得出该截面的荷载内力影响线;保证实际荷载与控制荷载相一致，然后依据内力影响线对桥梁结构进行加载试验，进而得出试验荷载参数。为了验证实验数据真实可靠，需要检查试验荷载参数与设计的荷载参数的相似性，其相似程度用试验荷载校验系数η表示。

2.3 静载试验结果分析与评价

校验系数η是衡量桥梁结构工作性能的重要指标，用于评价桥梁的承载能力。所谓校验系数，是指某一测点处静载的实测值与设计值或理论计算值的比值。一般情况下，当η=1时，说明实测值与理论值完全相符;当η＜1时，说明桥梁结构工作性能较好，有安全保障;当η＞1时，说明桥梁结构工作性能差，需要维修加固。相关桥梁工程规范对常见桥梁处于最佳工作性能时的校验系数作了验证总结，具体内容如表2所示。

表2 常见桥梁校验系数

该桥梁工程该桥为连续梁桥，依据有关规定应选择第三孔跨中梁截面、3#墩支点处梁截面和第四孔距4#墩7m处梁截面共3个梁截面作为试验截面，并计算它们的受力情况、弯矩以及挠度。针对该桥梁本次试验采用桥梁博士V3.03版进行结构计算，建立有限元模型，测定出各截面的效验系数如表3所示。

表3 各截面校验系数

根据检测结果分析，该桥梁检验承载能力的相关参数均在允许范围内，说明该桥梁工程桥梁结构的工作性能良好，不影响运营使用。

3 动载试验

动力荷载试验可以测定桥梁结构的自振特性或在动力荷载作用下的受迫振动特性，测量需要桥梁结构的固有频率、动挠度、动力冲击系数和阻尼值等参数，通过这些参数了解桥梁结构在动荷载作用下的工作性能，判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件，以此推测病害对桥梁的影响。结合静载试验结果，可以对桥梁的工程质量和工作性能做出更加科学可靠的评价。依据测试目的的不同，桥梁动力荷载试验可以有脉动试验、跳车试验(冲击试验)、跑车试验等方式。

3.1 脉动试验

脉动试验是指利用桥梁所处环境，如风、地面微振等环境因素的作用使桥梁发生微小振动，这种情况下桥梁的振动频率可以最大程度接近其固有频率，从而可以通过脉动测试确定桥梁结构的固有频率。

3.2 跳车试验

跳车试验是指使试验车辆的后轮从三角垫块上突然下落时对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动，然后测量此时桥跨结构的衰减振动阻尼值和冲击系数，用以分析桥梁结构的振动性质。

3.3 跑车试验

跑车试验是指使试验车辆以不同的行驶速度(如40km/h、60km/h、80km/h)通过桥梁，使桥梁产生不同程度的强迫振动，以测量桥梁的阻尼值等参数。

3.4 动载试验结果分析

该桥梁工程检测采用跑车实验方式，采用10t重车以不同车速，经过桥跨及在跨中制动、跳车情况下动应变(应力)进行观测。实验步骤:(1)在试跨中布置拾振器，通过跨中测点脉动时程曲线的自功率谱求得试验跨上部结构的竖向基频和阻尼比。(2)采用一辆10t试验车分别以10km/h、30km/h的速度驶过平整桥面和有障碍桥面，记录试验跨跨中振幅时程信号，检测有载状态下桥梁强振频率和跨中最大振幅。(3)对实验数据进行整理得出该桥梁工程动荷载参数为:自振频率 f=4.62Hz，阻尼比 D=0.021，对数衰减率 δ=0.153，冲击系数(1+μ)=1.20，均在正常范围内。

4 试验总结

(1)根据静载实验检测，该桥梁第三孔跨中梁底挠度校验系数为0.85，第四孔最大正弯矩处梁底挠度校验系数为0.80，第三孔跨中梁顶混凝土压应力校验系数为0.47。该桥梁各测试截面应力及挠度校验系数均小于1，也在允许值之内，说明该桥梁各主要受力点、面的承载能力均能够满足荷载公路的设计施工要求。(2)该桥梁工程通过动载试验的检验，其动荷载参数分别为自振频率f=4.62Hz，冲击系数(1+μ)=1.20，阻尼比 D=0.021，对数衰减率 δ=0.153。说明该桥梁工程各项动力性能指标符合规范和设计要求，可以保障通车安全。