荷载试验在公路桥梁检测中的运用研究

2018-02-04郝建东

智能城市 2018年1期

郝建东

安徽省七星工程测试有限公司，安徽合肥 230088

我们常说“要致富，先修路”，意在说明交通运输对社会经济发展的重要支撑作用。随着我国经济的发展和综合国力的提升，大规模的公路桥梁工程已经建设或正在建设，公路桥梁作为一项关系国计民生的基础工程，其在方便人们出行和支持经济发展的同时，也要确保其运行的安全和可靠。运营承载能力是评判公路桥梁的重要标准，也是确保公路桥梁运行安全的重要保障。因此，其运营承载能力的优劣是一个重要的问题，其需要依靠荷载试验进行评估，科学合理的运用荷载试验，对于保障公路桥梁的安全运营具有重要意义。

1 荷载试验概述

作为一种重要的公路桥梁检测方法，荷载试验不但十分可靠，而且直观。当公路桥梁的运行状态不明确时，就需要运用荷载试验对公路桥梁进行科学有效的评定与检测，以确定公路桥梁的安全运行。通常来说，进行桥梁公路荷载试验的方法有两种，一种是静载试验，一种是动载试验。其中，动载试验就是为了使桥梁结构产生振动而使用某种相关的激振手段，然后检测桥梁结构的各种相关参数，其中包括固有频率、振型以及行车响应等，最终使桥梁的行车性能和桥梁结构的刚度得以测定。而静载试验则是在桥梁公路上施加静力荷载影响，以此检测桥梁结构指定部位的相关参数应变，其中包括静力、位移和裂缝等，然后通过相关推测，判断桥梁公路在此影响下的工作状态和使用性能[1]。进行静力荷载试验时，应当从零开始加载，直至预定的静力荷载。为了保证加载的顺利完成，一般都要使用重力，或者其他的专业加载设备。静力荷载试验是应用最广，同时也是最基础的公路桥梁荷载试验，这主要是由于在现实中公路桥梁结构承受的通常都是静力荷载，其中桥梁自身的重量也包括在内，而且在设计计算阶段，也往往把行驶的车辆产生的荷载也作为静力荷载看待。对公路桥梁结构进行动力试验之前，也应当进行静力荷载试验，进而测定出公路桥梁结构的相关参量。因此，对于公路桥梁结构特性的了解和掌握，静力荷载试验是一种重要而且有效的途径与方法。

2 公路桥梁检测中荷载试验的应用

2.1 动载试验的应用

2.1.1 动载试验方法

按照测试目的不同，公路桥梁动力荷载试验一般可以分为三种，一是跳车试验，二是跑车试验，三是脉动试验[2]。其中跳车试验也可称之为冲击试验，其进行试验的方法为在汽车上加载一定的质量，然后让汽车从15cm高度的跳板上跨过，再测量其对公路桥梁结构造成的衰减振动影响，从而使公路桥梁的性质得以较好的测定分析，并使公路桥梁的冲击系数得以确定。所谓的跑车试验就是测量汽车在公路桥梁上行驶时对其结构产生的强迫振动，以及测量车辆行驶后振动衰减情况。而脉动试验的使用应当在没有行驶的车辆和其他周期性干扰因素其情况下，桥梁在风、地面微振等作用下受到的是平稳的各态历经宽带随机激励，此时结构响应的主谐量应是其固有频率附近的振动，这种情况下结构的固有频率可以使用脉动试验进行测定。

2.1.2 分析和测定动载试验数据

通常情况下都是使用分析处理法来测定公路桥梁结构的动力特性，而分析处理法又有两种，一种是频域分析，一种是时域分析。频域分析主要是指对时域信号进行相关的数字化处理，其需要通过变幻针的使用，从而判定结构频率及其分布状况。而时域分析则是对时程曲线进行直接分析，从而得出相关参数，其中包括振型、阻尼、冲击系数等。在对固有频率进行测定时，应当按照相关图纸、时域历程曲线以及功率谱图等进行实体试验[3]。同时通过对基频进行结合，还可以计算出承受结构的动刚度。分析比较简单的结构动力时只需要测试结构一阶频率，而分析比较复杂的结构动力时，则需要进行一阶、二阶甚至更高阶频率的测试。如果试验测出来的数值小于理论值时，就表面桥梁结构具有较大的实际刚度，进而判定桥梁结构处于正常状态。如果试验测出来的数值大于理论计算值，则说明桥梁具有较小的结构刚度，从而容易出现开裂等问题。

进行阻尼的测定时，阻尼比和对数衰减率会对桥梁结构阻尼特性造成影响，计算阻尼可以通过使用功率谱图里的半功率带宽法，或者使用测试体系软件进行分析。桥梁的阻尼通常在0.01～0.08之间，较大的桥梁阻尼说明桥梁结构具有极强的耗能。而桥梁阻尼太小会造成支座工作发生异常状况，以及结构产生裂缝等问题。进行振型的测定时，要在桥梁结构的各个部位安装传感器，传感器的安装要使用共振法，桥梁结构在激振设备的作用下发生共振，要及时记录桥梁结构各个部位的振幅和相位，然后依据测定的振幅和相位进行振型曲线的绘制，绘制振型曲线时使用对比法。

2.2 静载实验的应用

2.2.1 加载方案的制定

在进行静载试验之前，试验工作人员应当向试验桥孔、桥墩或者桥台，据此进行加载方案的制定，并确保加载方案的科学合理性。在进行试验孔的选择时，应当对以下三个方面的因素进行充分考量。第一，桥孔或桥墩存在质量问题，缺陷较多，常常发生病害问题。第二，桥孔或桥墩进行受力计算时十分不利。第三，在进行加载时桥孔或桥墩能够方便的搭设脚手架以及设置测点。试验孔和试验墩选择是否科学合理，不但直接影响着试验工作能否顺利开展，而且对结构性能测算的准确性造成很大影响，因此，在进行试验孔和试验墩的选择时，必须选派经验丰富的试验人员进行施工，这是进行静载试验十分重要的一步。

2.2.2 加载与观测

首先，确定观测项目。桥梁结构的最大挠度、压应力状况、拉力和裂缝都是桥梁观测的主要项目。桥梁受荷载影响，可以分为两种变形，一种是总体变形，其是桥梁总体结构状况的反映。另一种是局部变形，其是桥梁结构局部状况的反映。对试验要求的满足是测量部位的选择和测点布置的前提，测点数量要合适，测点位置要有很强的代表性，以此满足计算分析的需要。

其次，选择实验仪器与观测方法。与接触式测量不同，光学测量的常用仪器有经纬仪、精密水准仪和全站仪等。有两种测量方法可以进行位移的测量，即电测法接触式测量和机械测量，挠度计、百分表和位移传感器是其常用的测量仪器。此外，应变测量也有两种形式的划分，一种是不知道主应力方向的，也就是在测试点进行三个方向的应变花的设置，应变片、钢筋应力计为主要的测量仪器。另一种是已知主应力方向，应变片的设置要沿着主应力方向。测量裂缝一般是进行目测，同时使用刻度放大镜进行辅助。

最后，进行分析总结。一般都是从理论探索的方向来分析和整理静载试验数据，在对桥梁结构静载试验进行估算时，常用的指标一般有两种，一种是比较分析规定的允许值和检测的实际值，据此解释桥梁结构的状况。另一种是对比分析理论计算值和测点实际值，以此对桥梁结构的性能进行判定。